KR100976680B1 - Fuel cell system - Google Patents

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츠네아키 다마치
노리마사 야나세
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후미하루 이와사키
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세이코 인스트루 가부시키가이샤
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Abstract

반응 용액을 저장하는 액체 저장부(1)와, 액체 저장부(1)로부터 공급되는 반응 용액으로부터 반응 가스를 생성시키는 반응부(2)와, 반응부(2)로부터 공급되는 반응 가스를 저장하는 기체 저장부(3)와, 고체 고분자 전해질막에 접합하여 배치되는 전극을 가지고, 기체 저장부(3)로부터 공급되는 반응 가스를 연료로 하여 발전하는 연료 전지와, 액체 저장부(1)의 압력이 반응부(2)의 압력보다도 큰 경우, 반응 용액을 액체 저장부(1)로부터 반응부(2)에 공급하고, 액체 저장부(1)의 압력이 반응부(2)의 압력보다도 작은 경우, 반응 용액의 공급을 정지하는 반응 용액 공급량 조정 수단을 구비하였기 때문에 연료 전지의 구동 상황에 맞추어 반응 용액의 공급량을 제어할 수 있다.A liquid storage unit 1 for storing the reaction solution, a reaction unit 2 for generating a reaction gas from the reaction solution supplied from the liquid storage unit 1, and a reaction gas supplied from the reaction unit 2 A fuel cell having a gas storage part 3 and an electrode disposed to be bonded to the solid polymer electrolyte membrane, the fuel cell generating power using a reaction gas supplied from the gas storage part 3 as a fuel, and the pressure of the liquid storage part 1; When the reaction solution is larger than the pressure of the reaction unit 2, the reaction solution is supplied from the liquid storage unit 1 to the reaction unit 2, and the pressure of the liquid storage unit 1 is smaller than the pressure of the reaction unit 2. Since the reaction solution supply amount adjusting means for stopping the supply of the reaction solution is provided, the supply amount of the reaction solution can be controlled in accordance with the driving situation of the fuel cell.

Description

연료 전지 시스템{FUEL CELL SYSTEM}Fuel cell system {FUEL CELL SYSTEM}

본 발명은, 고체 고분자형 연료 전지를 구동하기 위한 수소나 산소를 공급하기 위한 연료 전지 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell system for supplying hydrogen or oxygen for driving a polymer electrolyte fuel cell.

최근의 에너지 문제나 환경 문제의 고조로 인해, 에너지 밀도가 보다 높고, 배출물이 청정한 전원이 요구되고 있다. 연료 전지는, 기존 전지의 수배의 에너지 밀도를 가지는 발전기로서, 발전기로서의 에너지 효율이 높고, 또한, 배출 가스에 포함되는 질소 산화물이나 유황 산화물이 없거나, 또는, 적다는 특징이 있다. 따라서 차세대의 전원 디바이스로서의 요구에 적합한 매우 유효한 디바이스로 일컬어지고 있다. 그 중에서도, 고체 고분자형 연료 전지는 100℃ 이하의 저온에서의 구동이 가능하기 때문에, 기동 특성이 좋고, 특히 정치용(定置用) 분산 전원, 자동차 전원, 휴대기기용 전원으로서 활발히 개발이 진행되고 있다.Due to the recent increase in energy problems and environmental problems, power sources with higher energy density and clean emissions are required. A fuel cell is a generator having an energy density of several times that of a conventional battery, and is characterized by high energy efficiency as a generator and no or little nitrogen oxide or sulfur oxide contained in exhaust gas. Therefore, it is said to be a very effective device suitable for the demand as a next-generation power supply device. Among them, since the polymer electrolyte fuel cell can be driven at a low temperature of 100 ° C. or lower, the startup characteristics are good, and development is particularly active as a stationary distributed power supply, an automotive power supply, and a portable power supply. have.

고체 고분자형 연료 전지는, 애노드에서의 수소의 산화와, 캐소드에서의 산소의 환원을 전기 화학적으로 동시에 행하여, 양극의 전위차와 전기 화학 반응으로 도출되는 전류로부터 출력을 얻는 장치이다. 종래의 연료 전지는, 반응물을 격납하는 연료 저장부, 반응물을 기체 연료로 개질하기 위한 반응부, 연료 공급로, 연료의 전기 화학 반응에 의해 발전을 하는 애노드 또는 캐소드, 애노드와 캐소드 사 이에서 이온을 전달하기 위한 전해질로 구성된다.A solid polymer fuel cell is an apparatus which obtains an output from the electric current derived by the potential difference of an anode and an electrochemical reaction simultaneously by electrochemically performing oxidation of hydrogen at an anode and reduction of oxygen at a cathode. Conventional fuel cells include a fuel storage section containing a reactant, a reaction section for reforming the reactants into a gaseous fuel, an anode or a cathode that generates power by an electrochemical reaction of the fuel, and an ion between the anode and the cathode. It consists of an electrolyte for delivering it.

종래부터 이용되어 온 애노드 측 연료로서 다음을 들 수 있다. 수소, 메탄올이나 에탄올 등의 알코올류, 에테르류, 시클로헥산이나 수소화붕소나트륨 등의 케미컬 하이드라이드(chemical hydride)이다. 이들 연료 중 수소 이외에는 모두 액체로 이용되고, 개질기에 의해 수소 가스로 변환된다. 연료 전지에서는 수소종을 취출하는 데에 유효하고, 또한, 연료 운반이나 저장에 적합한 화학 물질을 선정하는 것이 예전부터 과제가 되고 있어, 상기 연료는 현 단계에서는 유효한 연료로서 주목받고 있는 것이다.As anode side fuels conventionally used, the following is mentioned. Alcohols such as hydrogen, methanol and ethanol, ethers, and chemical hydrides such as cyclohexane and sodium borohydride. All of these fuels except hydrogen are used as liquids and converted into hydrogen gas by a reformer. In fuel cells, selecting a chemical substance that is effective for extracting hydrogen species and suitable for transporting or storing fuel has been a problem in the past, and the fuel has attracted attention as an effective fuel at this stage.

또한 캐소드 측의 반응물은 산화제이다. 대표적으로는 산소가 이용되지만, 그 밖에 과산화수소와 같은 과산화물을 이용하는 경우가 있다.The reactant on the cathode side is also an oxidant. Typically, oxygen is used, but in some cases, a peroxide such as hydrogen peroxide is used.

그런데, 연료 전지를 전화(電化) 제품이나 휴대 기기, 자동차 등의 전력 소비 디바이스를 움직이기 위해서는, 연료 전지로부터 전력 소비 디바이스의 부하에 따른 전력을 출력할 필요가 있다. 연료 전지의 출력은, 전극에 대한 수소나 산소와 같은 반응 가스의 공급량에 의해서 결정되는 인자이다. 따라서 과잉양의 반응 가스가 전극 근방에 존재하면, 연료 전지의 출력은 부하에 응답하여 변화할 수 있다. 이 점에서, 전극 근방에 존재할 수소나 산소를 다 쓰기 전에, 적절히 반응 가스를 전극에 공급하면, 전력 소비 디바이스의 부하에 응답한 연료 전지의 운전이 가능하다.By the way, in order to move a fuel cell to a power consumption device such as a telephone product, a portable device, or an automobile, it is necessary to output power corresponding to the load of the power consumption device from the fuel cell. The output of the fuel cell is a factor determined by the supply amount of the reaction gas such as hydrogen or oxygen to the electrode. Therefore, if an excess amount of reactive gas is present near the electrode, the output of the fuel cell can change in response to the load. In this regard, if the reaction gas is appropriately supplied to the electrode before the hydrogen or oxygen existing near the electrode is used up, the fuel cell can be operated in response to the load of the power consumption device.

여기서 필요량의 반응 가스를 공급하기 위해서는, 상기 연료나 산화제로부터 반응 가스를 필요량 얻을 필요가 있다. 따라서, 연료 저장부로부터 적량의 연료나 산화제를 반응부에 송액(送液)해야만 한다.In order to supply the required amount of reaction gas, it is necessary to obtain the required amount of reaction gas from the fuel or oxidant. Therefore, an appropriate amount of fuel or oxidant must be sent to the reaction portion from the fuel storage portion.

종래, 이상의 연료나 산화제, 반응 가스의 공급에는 펌프나 블로워가 사용되고 있고, 연료 전지의 출력과 전력 소비 디바이스의 부하에 따라서 공급량이 제어되어 왔다(예컨대, 비특허문헌 1 참조).Conventionally, a pump and a blower are used for supplying the above fuel, oxidant, and reactive gas, and the supply amount has been controlled in accordance with the output of the fuel cell and the load of the power consuming device (see Non-Patent Document 1, for example).

〈비특허문헌 1〉市村雅弘「휴대형 연료 전지의 기술동향」 NTT Building Techno1ogy Institute 2003(제2-4 페이지, 제3도) <Non-Patent Literature 1> Technical Trends of Portable Fuel Cells, City of Japan NTT Building Techno1ogy Institute 2003 (2-4 pages, 3rd)

그러나, 애노드, 캐소드에 의하지 않고, 전극으로의 연료, 반응 가스의 공급량을 제어하는 것은 곤란하고, 외부로부터, 또는, 연료 전지로부터, 제어를 위한 에너지를 제어 계통에 입력할 필요가 있다. 따라서 제어를 위한 에너지 소비에 의해, 연료 전지의 출력 중 실효적인 출력이 감소한다는 문제가 있다.However, it is difficult to control the supply amount of fuel and reaction gas to the electrode regardless of the anode and the cathode, and it is necessary to input energy for control into the control system from the outside or from the fuel cell. Therefore, there is a problem that the effective power of the output of the fuel cell is reduced by the energy consumption for the control.

또한 애노드 측의 연료에 수소를 이용하는 경우 중, 반응물을 개질하여 수소를 취출하는 경우, 애노드에서의 수소 사용량에 따라서, 수소 발생량을 제어할 필요가 있다. 수소 발생량을 제어하기 위해서는, 반응 온도나 연료 공급량의 제어가 요구된다. 그 때문에, 반응부나 전극에 히터, 온도 센서, 컨트롤러 등의 온도 제어 시스템을 장착하거나, 연료 공급량을 제어하기 위한 밸브나 컨트롤러를 장착해야 한다. 따라서 상기와 같은 반응량 제어 기구에 의해, 에너지를 더 소비하게 되어, 연료 전지의 실효 출력을 감소시켜 버린다.In the case where hydrogen is used as the fuel on the anode side, when the reactant is reformed to extract hydrogen, it is necessary to control the amount of hydrogen generation in accordance with the amount of hydrogen used in the anode. In order to control the hydrogen generation amount, control of reaction temperature and fuel supply amount is calculated | required. Therefore, a temperature control system such as a heater, a temperature sensor, a controller, or the like must be attached to the reaction section or the electrode, or a valve or a controller for controlling the fuel supply amount must be provided. Therefore, the reaction amount control mechanism as described above consumes more energy, thereby reducing the effective output of the fuel cell.

이와 동시에, 특히 소형 전자기기에 적용하는 연료 전지에서는, 이들 시스템의 부피분만큼 연료를 탑재할 수 없다. 따라서 연료 전지의 부피 에너지 밀도에 매우 불리하고, 본 시스템의 부피에 따라서는 기존의 전지와 비교하여 부피 에너지 밀도를 저하시켜 버린다는 문제가 있다.At the same time, fuel cells, which are particularly applicable to small electronic devices, cannot contain fuel by the volume of these systems. Therefore, it is very disadvantageous in the volumetric energy density of a fuel cell, and there exists a problem that the volumetric energy density will fall compared with a conventional battery depending on the volume of this system.

또한 수소 발생량을 제어하는 시스템을 장착하지 않는 경우, 출력되는 전류 상당의 수소량을 넘어 발생한 수소에 의해 연료 전지 내압이 상승한다. 이 경우 고체 고분자 전해질막을 통해서 캐소드 측에 크로스 리크하여, 캐소드의 출력을 저하한다는 문제가 있다.In addition, when a system for controlling the amount of hydrogen generation is not provided, the internal pressure of the fuel cell is increased by the generated hydrogen beyond the amount of hydrogen corresponding to the output current. In this case, there is a problem of cross leaking to the cathode side through the solid polymer electrolyte membrane, thereby lowering the output of the cathode.

또한, 이와 같은 수소의 누설은 수소가 유효 이용되지 않고, 에너지 밀도를 저하시킨다는 문제가 있다.In addition, such leakage of hydrogen has a problem that hydrogen is not effectively used and the energy density is lowered.

애노드에서의 문제에 대해서 상기하였지만, 캐소드에서도 동일한 문제가 있다. 산화제로부터 산소를 발생하여, 캐소드에 산소를 공급하는 경우, 산소 발생량을 산소 사용량에 따라서 제어할 필요가 있어, 제어를 위해 에너지를 소비하고, 제어 기구의 설치를 위해 부피 에너지 밀도를 줄이게 된다.Although the problem with the anode has been described above, the same problem exists with the cathode. When oxygen is generated from the oxidant and oxygen is supplied to the cathode, the amount of oxygen generated needs to be controlled according to the amount of oxygen used, which consumes energy for control and reduces the volume energy density for installation of the control mechanism.

본 발명은, 연료 전지의 전극에 적정량의 연료나 산화제를 공급하기 위한 에너지를 저감하고, 공급량의 제어 기구나 반응량의 제어 기구를 작은 부피로 하는 것을 과제로 하여, 상기 문제를 해결하고, 특히 휴대용 연료 전지와 같은 소형 연료 전지에서, 에너지 밀도라는 점에서 유리하고, 소형이며, 안전하고 또한 연료 이용 효율을 높이는 연료 전지 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention solves the above problems by reducing the energy for supplying an appropriate amount of fuel or oxidant to an electrode of a fuel cell, and making the supply mechanism control mechanism or the reaction mechanism control mechanism a small volume. In a small fuel cell such as a portable fuel cell, it is an object to provide a fuel cell system that is advantageous in terms of energy density, is compact, safe and improves fuel utilization efficiency.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에서는,In order to solve the above problems, in the present invention,

반응 용액을 저장하는 액체 저장부와, 액체 저장부로부터 공급되는 반응 용액으로부터 반응 가스를 생성시키는 반응부와, 반응부로부터 공급되는 반응 가스를 저장하는 기체 저장부와, 고체 고분자 전해질막에 접합하여 배치되는 전극을 가지고, 기체 저장부로부터 공급되는 반응 가스를 연료로 하여 발전하는 연료 전지와, 액체 저장고의 압력이 반응부의 압력보다도 큰 경우, 반응 용액을 액체 저장부로부터 반응부에 공급하여, 액체 저장부의 압력이 반응부의 압력보다도 작은 경우, 반응 용액의 공급을 정지하는 반응 용액 공급량 조정 수단을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.A liquid storage unit for storing the reaction solution, a reaction unit for generating a reaction gas from the reaction solution supplied from the liquid storage unit, a gas storage unit for storing the reaction gas supplied from the reaction unit, and a solid polymer electrolyte membrane When the pressure of the fuel cell which has the electrode arrange | positioned and the reaction gas supplied from a gas storage part as a fuel, and the pressure of a liquid reservoir is larger than the pressure of a reaction part, a reaction solution is supplied from a liquid storage part to a reaction part, and a liquid It is characterized by including the reaction solution supply amount adjustment means which stops supply of a reaction solution, when the pressure of a storage part is smaller than the pressure of a reaction part.

상기 구조에 의한 작용을 이하에 설명한다. 반응부에서 반응 가스가 발생하였을 때, 반응부와 기체 저장부의 내압이 상승한다. 이 경우, 반응 용액 공급량 조정 수단에 의해, 반응 용액은 반응부에는 공급되지 않는다. 한편, 연료 전지에서 반응 가스를 소비하였을 때, 반응부와 기체 저장부의 내압이 저하한다. 이 경우, 반응 용액 공급량 조정 수단에 의해, 반응 용액을 반응부에 공급하게 된다.The function by the said structure is demonstrated below. When the reaction gas is generated in the reaction section, the internal pressures of the reaction section and the gas storage section rise. In this case, the reaction solution is not supplied to the reaction part by the reaction solution supply amount adjusting means. On the other hand, when the reaction gas is consumed in the fuel cell, the internal pressures of the reaction section and the gas storage section decrease. In this case, the reaction solution is supplied to the reaction section by the reaction solution supply amount adjusting means.

반응 용액의 공급에 의해 액체 저장부의 내압이 저하하는 경우, 액체 저장부에 가압을 하는 압력 조절 장치를 가지는 것을 특징으로 하고 있다.When the internal pressure of the liquid reservoir is lowered by the supply of the reaction solution, it is characterized by having a pressure regulator for pressurizing the liquid reservoir.

이에 의해, 반응 용액이 액체 저장부로부터 반응부에 공급된 경우라도, 액체 저장부의 내압은, 압력 조절 장치에 의해 신속하게 압력 조절되어, 일정 압력으로 할 수 있게 된다.As a result, even when the reaction solution is supplied from the liquid reservoir to the reaction portion, the internal pressure of the liquid reservoir can be quickly pressure-controlled by the pressure regulating device, so that the constant pressure can be achieved.

반응 용액 공급량 조정 수단이, 액체 저장부로부터 반응부에 반응 가스를 공급하는 액체용 공급로에 설치되고, 반응 용액이 유출하는 것, 또는 반응 가스가 유입하는 것을 방지하는 역지(逆止) 장치로 형성되는 것을 특징으로 하고 있다. Reaction solution supply amount adjusting means is provided in the liquid supply path which supplies a reaction gas from a liquid storage part to a reaction part, and it is a check device which prevents a reaction solution from flowing out or inflow of a reaction gas. It is characterized by being formed.

상기 구조에 의한 작용을 이하에 설명한다. 반응부에서 반응 가스가 발생하였을 때, 반응부와 기체 저장부의 내압이 상승한다. 그러나 역지 장치에 의해 액체 저장부(20)에 반응 가스가 유입하는 것을 피할 수 있기 때문에, 액체 저장부의 내압의 상승은 없다. 또한 압력 조절 장치에 의해서, 내압을 일정하게 유지할 수 있다. 이 경우 반응부가 액체 저장부보다 내압이 높기 때문에, 반응 용액의 공급은 정지할 수 있다. 한편, 연료 전지에서 반응 가스를 소비하였을 때, 반응부와 기체 저장부의 내압이 저하한다. 역지 장치는 액체 저장부로부터 반응부로의 대한 반응 용액의 흐름을 저해하지 않으므로, 반응부의 내압이 액체 저장부의 내압보다 저하하였을 때, 그 차압에 의해 반응 용액을 반응부에 공급하게 된다. The function by the said structure is demonstrated below. When the reaction gas is generated in the reaction section, the internal pressures of the reaction section and the gas storage section rise. However, since the reaction gas can be prevented from flowing into the liquid reservoir 20 by the check device, there is no increase in the internal pressure of the liquid reservoir. Moreover, an internal pressure can be kept constant by a pressure regulator. In this case, since the reaction portion has a higher internal pressure than the liquid reservoir, the supply of the reaction solution can be stopped. On the other hand, when the reaction gas is consumed in the fuel cell, the internal pressures of the reaction section and the gas storage section decrease. Since the check device does not impede the flow of the reaction solution from the liquid reservoir to the reaction portion, when the internal pressure of the reaction portion is lower than the internal pressure of the liquid reservoir, the differential pressure supply the reaction solution to the reaction portion.

반응 용액의 공급량은, 연료 전지의 출력에 의해서 결정된다. 즉, 연료 전지의 출력에 따라서 반응 가스 소비 속도가 변화한다. 반응 가스 소비 속도가 빠를 때, 반응 가스가 발생한 후에 반응 용액을 공급할 수 있는 상황이 되기까지의 시간이 빨라져, 짧은 시간 간격으로 반응 용액을 공급하게 된다. 반대로 반응 가스 소비 속도가 느릴 때에는, 반응 용액의 공급 빈도가 저하한다. The supply amount of the reaction solution is determined by the output of the fuel cell. That is, the reaction gas consumption rate changes in accordance with the output of the fuel cell. When the reaction gas consumption rate is high, the time until the reaction gas can be supplied after the reaction gas is generated becomes faster, thereby supplying the reaction solution at short time intervals. On the contrary, when the reaction gas consumption rate is low, the supply frequency of the reaction solution decreases.

이상과 같이, 본 구조에 의해, 연료 전지의 출력 전력을 직접 검출하지 않고, 연료 전지의 구동 상황에 맞추어 반응 용액의 공급량을 제어할 수 있게 된다. 즉 반응 용액 공급량 제어에 전기적인 제어 신호를 이용하지 않기 때문에, 제어에 관한 전기적인 처리 및 전자 부품을 필요로 하지 않아, 소비 에너지의 감소, 부품 점수의 감소로 이어진다. 또한, 연료 전지의 구동 상황에 맞춘 반응 용액 공급이 가능하기 때문에, 반응 가스의 공급량에 대한 소비량의 비율인 연료 이용 효율을 증가시킬 수 있게 된다. As described above, according to this structure, the supply amount of the reaction solution can be controlled in accordance with the driving situation of the fuel cell without directly detecting the output power of the fuel cell. That is, since no electrical control signal is used for the reaction solution supply amount control, no electrical processing and electronic components related to the control are required, which leads to a reduction in energy consumption and a reduction in component scores. In addition, since it is possible to supply the reaction solution in accordance with the driving condition of the fuel cell, it is possible to increase the fuel utilization efficiency which is the ratio of the consumption amount to the supply amount of the reaction gas.

이 경우, 반응 가스는 수소나 산소로 대표되는 연료 전지의 연료나 산화제이다. 또한 반응 용액과 반응부에 배치하는 물질의 조합으로서, 하기에 한하지 않지만, 예로서 이하와 같은 것을 들 수 있다. 애노드 측으로는 메탄올이나 에탄올 등의 알코올류, 에테르류, 시클로헥산이나 수소화붕소나트륨으로 대표되는 금속 수소 착화물(錯化物) 등의 케미컬 하이드라이드류, 알루미늄, 마그네슘, 아연, 철, 니켈, 주석 등의 금속으로 이루어지는 군 중 적어도 1종과, 수소를 효율적으로 취출하기 위한 촉매나 촉진제 중 적어도 1종이다. 전자, 후자 중 어느 쪽이나 반응 용액에 이용하여도 되고, 수용액이나 액체로서 유지할 수 있는 것을 반응 용액으로서 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 촉매, 촉진제의 예로서, 알코올류, 에테르류, 시클로헥산 등의 유기 케미컬 하이드라이드류에 대해서는, 백금, 금, 구리, 니켈, 철로 이루어지는 군에 포함되는 1종을 들 수 있다. 또한 무기 케미컬 하이드라이드류에 대해서는, 백금, 금, 구리, 니켈, 철, 티탄, 지르코늄으로 이루어지는 군에 포함되는 1종의 금속이나 그 염이나, 황산, 구연산등의 무기산, 유기산 등, 또한, 알루미늄 그 밖의 금속에 대해서는, 무기산, 수산화물이온을 포함하는 수용액 등을 들 수 있다. In this case, the reaction gas is a fuel or an oxidant of a fuel cell represented by hydrogen or oxygen. Moreover, although it is not limited to the following as a combination of the substance arrange | positioned at a reaction solution and a reaction part, the following are mentioned as an example. On the anode side, alcohols such as methanol and ethanol, ethers, chemical hydrides such as metal hydrides represented by cyclohexane and sodium borohydride, aluminum, magnesium, zinc, iron, nickel, tin and the like It is at least 1 sort (s) among the group which consists of a metal, and at least 1 sort (s) of the catalyst and promoter for taking out hydrogen efficiently. Either of the former and the latter may be used for a reaction solution, and it is preferable to use what can be maintained as an aqueous solution or a liquid as a reaction solution. Moreover, as an example of a catalyst and an accelerator, 1 type contained in the group which consists of platinum, gold, copper, nickel, iron about organic chemical hydrides, such as alcohol, ether, cyclohexane, is mentioned. In addition, about inorganic chemical hydrides, 1 type of metal, its salt, inorganic acids, such as sulfuric acid and citric acid, organic acids, such as aluminum, etc. which are contained in the group which consists of platinum, gold, copper, nickel, iron, titanium, zirconium, aluminum, etc. Examples of other metals include inorganic acids and aqueous solutions containing hydroxide ions.

또한, 캐소드 측으로는 과산화수소수 용액으로 대표되는 과산화물 중 적어도 1종과, 이상의 물질로부터 산소를 효율적으로 취출하기 위한 촉매, 예컨대 이산화망간을 들 수 있다. Moreover, at the cathode side, at least 1 sort (s) of peroxide represented by the hydrogen peroxide solution, and the catalyst for extracting oxygen efficiently from the above substance, for example, manganese dioxide are mentioned.

역지 장치가 액체용 공급로를 개폐하는 것을 특징으로 하고 있다. The check device is characterized by opening and closing the supply path for the liquid.

이 구조는 바람직하게는, 액체 저장부의 압력이 반응부의 압력보다도 큰 경우, 반응 용액을 액체 저장부로부터 반응부에 공급하고, 액체 저장부의 압력이 반응부의 압력보다도 작은 경우, 반응 용액의 공급을 정지하는 장치이다. This structure preferably supplies the reaction solution from the liquid storage part to the reaction part when the pressure of the liquid storage part is greater than the pressure of the reaction part, and stops the supply of the reaction solution when the pressure of the liquid storage part is less than the pressure of the reaction part. Device.

이에 의해, 역지 장치의 구동에 관한 소비 에너지를 없애는 것이 가능해진다. 즉 반응 용액의 공급에 전력이 필요없게 되어, 그 결과, 연료 전지 시스템의 출력 밀도, 에너지 밀도를 향상할 수 있게 된다. As a result, it becomes possible to eliminate the energy consumption associated with driving the check device. In other words, no power is required to supply the reaction solution, and as a result, the power density and energy density of the fuel cell system can be improved.

역지 장치가, 반응부로부터 액체 저장부로의 물질의 흐름을 저해하는 제1 역지 밸브임을 특징으로 하고 있다. The check device is characterized in that the first check valve inhibits the flow of material from the reaction section to the liquid reservoir.

이에 의해, 간편하게, 낮은 비용으로 작은 부피의 역지 장치를 제작하는 것이 가능해진다. 역지 밸브로는, 밸브 내를 유동하는 물질의 방향으로 의해 밸브체의 이동이 행해지는 것이라면, 전력 소비가 없기 때문에, 바람직하다. 또한 휴대기기용 연료 전지로는, 바람직하게는, 중간실이 없는 편이 부피상 유리하고, 또한 통풍구가 없는 편이 반응 가스의 누설이 발생하지 않게 된다.This makes it possible to produce a small volume check device easily and at low cost. As the check valve, if the valve body is moved in the direction of the material flowing in the valve, since there is no power consumption, it is preferable. In the fuel cell for a portable device, preferably, the one without the intermediate chamber is advantageous in volume, and the one without the vent is free of leakage of the reaction gas.

상기와 상이한 역지 장치의 구조로서, 역지 장치가, 액체 저장부와 반응부의 사이에 개재하는 제1 가동벽이고, 반응 가스 발생에 의해 반응부의 압력이 올라간 경우, 반응부의 압력의 힘에 의해서 가동벽을 액체용 공급로를 닫는 방향으로 이동하여, 액체용 공급로를 폐쇄하고, 반응 가스의 소비에 의해 반응부의 압력이 내려간 경우, 가동벽을 액체용 공급로를 여는 방향으로 이동하여, 액체용 공급로를 개방하는 것을 특징으로 하고 있다.As a structure of the check device different from the above, the check device is a first movable wall interposed between the liquid storage part and the reaction part, and when the pressure of the reaction part rises due to the generation of the reaction gas, the movable wall is caused by the force of the pressure of the reaction part. Is moved in the direction of closing the liquid supply path, the liquid supply path is closed, and when the pressure of the reaction portion decreases due to consumption of the reaction gas, the movable wall is moved in the direction of opening the liquid supply path, thereby supplying the liquid supply. It is characterized by opening the furnace.

본 구조는, 반응부와 액체 저장부의 차압에 의해 가동하는 구조이다. 반응부의 압력 변화는 연료 전지의 출력에 의한 것이고, 또한, 액체 저장부는 정압이기 때문에, 반응부와 액체 저장부의 차압은 연료 전지의 운전 상태를 반영한다. 이상에 의해, 연료 전지의 운전 상태에 따라, 반응 용액의 공급량을 자동적으로 또한 소비 전력 없이 제어할 수 있게 된다. This structure is a structure which operates by the differential pressure of a reaction part and a liquid storage part. The pressure change of the reaction section is caused by the output of the fuel cell, and since the liquid storage section is a static pressure, the differential pressure of the reaction section and the liquid storage section reflects the operating state of the fuel cell. By the above, according to the operation state of a fuel cell, the supply amount of reaction solution can be controlled automatically and without power consumption.

압력 조절 장치가, 외부 물질 인입구를 가지고, 액체 저장부 내에 일 방향으로 반응 용액을 공급하는 것을 특징으로 하고 있다. The pressure regulator is characterized in that it has an external material inlet and supplies the reaction solution in one direction into the liquid reservoir.

상기 구조의 작용을 이하에 설명한다. 반응 용액의 공급량에 따라서 액체 저장부의 내압이 저하하면, 연료 전지 시스템 외부와 압력 차가 발생한다. 그러나, 압력차 발생에 따라 외부 물질이 액체 저장부 내로 유입함으로써, 액체 저장부 내는 압력 조절되어, 외부 압력과 동등하게 할 수 있게 된다. 따라서 액체 저장부 내압은 일정하게 유지되므로, 반응 가스 소비 시에 반응부를 액체 저장부 내압보다 저하하는 것이 가능해져, 반응 용액을 공급하는 상황을 만들 수 있게 된다.The operation of the structure will be described below. When the internal pressure of the liquid storage portion decreases in accordance with the supply amount of the reaction solution, a pressure difference occurs outside the fuel cell system. However, as the pressure difference occurs, the foreign substance flows into the liquid reservoir, so that the pressure in the liquid reservoir can be adjusted to be equal to the external pressure. Therefore, since the internal pressure of the liquid reservoir is kept constant, the reaction portion can be lowered than the internal pressure of the liquid reservoir at the time of consumption of the reaction gas, thereby making it possible to create a situation in which the reaction solution is supplied.

외부 물질로는 특별히 구애받지 않으나, 대기, 물, 반응 용액인 것이 보다 바람직하다. 대기로 하면, 액체 저장부 내를 대기압으로 압력 조절할 수 있어, 외부 인입구의 구조를, 연료 전지 외부에 액체 저장부 내의 물질을 유출하지 않는 구조를 가진 관, 구멍으로 할 수 있다. 또한 물 또는 반응 용액으로 하면, 외부 물질 인입구에 접하여, 물이나 반응 용액을 배치하게 된다. 이 경우, 액체 저장부 내로 유입된 물이나 반응 용액을 반응 가스 발생 반응에 이용할 수 있게 되기 때문에, 용량을 향상할 수 있다.Although it does not specifically limit as an external substance, It is more preferable that they are air | atmosphere, water, and a reaction solution. When the atmosphere is set to atmosphere, the inside of the liquid reservoir can be pressure-controlled to atmospheric pressure, and the structure of the external inlet can be a tube or a hole having a structure that does not allow the substance in the liquid reservoir to flow out of the fuel cell. In addition, when water or a reaction solution is used, water or a reaction solution are disposed in contact with an inlet for an external substance. In this case, the water and the reaction solution introduced into the liquid reservoir can be used for the reaction gas generating reaction, so that the capacity can be improved.

이상에 의해, 반응 용액이 액체 저장부로부터 이동한 경우, 반응 용액 이동량 상당의 외부 물질 도입으로, 액체 저장부 내를 일정한 압력으로 하는 것이 가능해진다. 그 결과 액체 저장부로부터 반응부로, 반복하여 반응 용액을 공급하는 것이 가능해진다.As a result, when the reaction solution is moved from the liquid reservoir, it is possible to bring the inside of the liquid reservoir to a constant pressure by introducing an external substance corresponding to the reaction solution movement amount. As a result, it becomes possible to supply the reaction solution repeatedly from the liquid reservoir to the reaction section.

또한, 이 압력 조절 장치가, 액체 저장부로부터 연료 전지 외부로의 물질의 흐름을 저해하는 제2 역지 밸브를 가지는 것을 특징으로 하고 있다.The pressure regulating device is also characterized in that it has a second check valve that inhibits the flow of substances from the liquid reservoir to the outside of the fuel cell.

이에 의해, 액체 저장부의 내압을 일정하게 하기 위해서 전력을 소비하지 않은 구조로 할 수 있다. 또한 액체 저장부 내의 액체의 증발이나 유출에 의한 액량의 감소를 방지할 수 있다. 더 간편하게, 낮은 비용으로 작은 부피의 역지 장치를 제작하는 것이 가능해진다.Thereby, in order to make the internal pressure of a liquid storage part constant, it can be set as the structure which does not consume electric power. In addition, it is possible to prevent a decrease in the amount of liquid due to evaporation or outflow of the liquid in the liquid reservoir. More simply, it is possible to produce a small volume of check device at low cost.

또는, 압력 조절 장치가, 연료 전지 외부로부터 액체 또는 기체를 공급하는 펌프 또는 팬을 가지는 것을 특징으로 하고 있다.Alternatively, the pressure regulating device has a pump or a fan for supplying liquid or gas from the outside of the fuel cell.

이에 의해, 액체 저장부 내를 압력 조절하는 것이 가능해진다. 단, 펌프 또는 팬을 구동하기 위해서 전력을 필요로 한다. 그러나, 반응 용액의 이동을 정지하기 위한 반응 가스의 발생량을 얻기 위한 반응 용액의 이동량은 매우 작기 때문에, 펌프 또는 팬의 구동량도 작아, 소비 전력도 작다.This makes it possible to adjust the pressure in the liquid reservoir. However, power is required to drive the pump or fan. However, since the amount of movement of the reaction solution for obtaining the amount of generation of the reaction gas for stopping the movement of the reaction solution is very small, the driving amount of the pump or the fan is also small and the power consumption is small.

한편, 펌프 또는 팬의 구동 제어를 하기 위해서는, 액체 저장부 내의 압력을 검출하고, 초기압과의 차를 검출하여, 차압이 없어질 때까지 펌프나 팬을 구동하는 방법이 있다. On the other hand, in order to drive control of a pump or a fan, there exists a method of detecting the pressure in a liquid storage part, detecting a difference with an initial pressure, and driving a pump or a fan until a differential pressure disappears.

또한, 펌프 또는 팬을 액체 저장부의 압력이 소정압 이상이 되도록 제어하면, 반응부 및 기체 저장부의 내압도 액체 저장부의 내압과 평형을 취하도록 반응 용액의 공급량이 제어되고, 그 결과 반응 가스의 발생량을 늘리게 되어, 반응부 및 기체 저장부를 고압으로 할 수 있다. 따라서 본 구조에 의해 연료 전지의 출력을 향상하는 것이 가능해진다. In addition, when the pump or fan is controlled such that the pressure of the liquid reservoir is greater than or equal to the predetermined pressure, the supply amount of the reaction solution is controlled so that the internal pressures of the reaction compartment and the gas reservoir are also balanced with the internal pressure of the liquid reservoir, and as a result, the amount of reaction gas generated. In this case, the reaction part and the gas storage part can be increased in pressure. Therefore, this structure makes it possible to improve the output of the fuel cell.

또 다른 압력 조절 장치의 구조로서, 대기압, 모터의 구동력, 자력, 스프링 등에 의한 액체 저장부 외부의 힘을 받아서 가동하는 제2 가동벽을 액체 저장부의 일부에 구비하고, 제2 가동벽이 액체 저장부의 용적을 변화시켜 액체 저장부의 내압을 일정하게 하는 것을 특징으로 하고 있다. As another structure of the pressure regulating device, a part of the liquid reservoir includes a second movable wall that is operated by atmospheric pressure, a driving force of a motor, a magnetic force, a spring, etc. The internal volume of the liquid reservoir is made constant by changing the volume of the negative.

이에 의해, 반응 용액이 액체 저장부로부터 반응부로 이동하였을 때에, 제2 가동벽이 액체 저장부의 용적을 저감하는 방향으로 가동한다. 따라서, 연료 전지 외부와 물질의 주고받음 없이, 액체 저장부의 내압을 일정하게 할 수 있어, 액체 저장부 내의 반응 용액의 시간 경과에 따른 열화를 억제할 수 있게 된다.As a result, when the reaction solution moves from the liquid reservoir to the reaction zone, the second movable wall moves in the direction of reducing the volume of the liquid reservoir. Therefore, the internal pressure of the liquid reservoir can be made constant without exchanging materials with the outside of the fuel cell, thereby making it possible to suppress deterioration with time of the reaction solution in the liquid reservoir.

제2 가동벽의 구동 방법은, 모터, 자석, 스프링에 의한 것이다. 자력을 이용하는 경우, 제2 가동벽과 가동벽 주위의 고정 부위에 자석을 설치하여, 그 반발력에 의해 제2 가동벽을 가중할 수 있다. 스프링을 이용하는 경우도 마찬가지로, 제2 가동벽과 주위의 고정 부위를 연결하여 스프링을 설치하여, 제2 가동벽을 가중하는 것이 가능하다. 이상에 의하면, 전력을 이용하지 않고 액체 저장부의 압력을 증가시킬 수 있다.The driving method of the second movable wall is by a motor, a magnet, or a spring. In the case of using the magnetic force, a magnet is provided in the second movable wall and the fixed portion around the movable wall, and the second movable wall can be weighted by the repulsive force. Similarly, when using a spring, it is possible to connect a 2nd movable wall and the surrounding fixed part, to provide a spring, and to weight a 2nd movable wall. According to the above, the pressure of the liquid storage part can be increased without using electric power.

모터를 이용하여 구동 제어를 하는 경우, 액체 저장부 내의 압력을 검출하여, 초기압과의 차를 검출하고, 차압이 없어질 때까지 모터를 동작시키는 방법이 있다. 또한 자력을 이용하는 경우, 전자석을 이용하면 흘리는 전류량에 따라서 자력을 변화시킬 수 있으므로, 전류량을 조절하면서 상기 동일 차압이 없어질 때까지 자력을 발생시켜 제2 가동벽을 이동시키는 것이 가능하다. 이상에 의하면, 액체 저장부 내의 압력을 증가시키는 것이 가능하여, 연료 전지의 출력을 향상시키는 것이 가능해진다.In the case of driving control using a motor, there is a method of detecting the pressure in the liquid reservoir, detecting a difference from the initial pressure, and operating the motor until the differential pressure disappears. In addition, in the case of using the magnetic force, the magnetic force can be changed in accordance with the amount of current flowing through the electromagnet, so that the second movable wall can be moved by generating a magnetic force until the same differential pressure is eliminated while adjusting the amount of current. According to the above, it becomes possible to increase the pressure in a liquid storage part, and it becomes possible to improve the output of a fuel cell.

제2 가동벽의 액체 저장부 내부의 면에 대향하는 면이, 대기로 통하고 있는 것을 특징으로 하고 있다.The surface facing the surface inside the liquid storage portion of the second movable wall is characterized by passing through the atmosphere.

이에 의해, 가동벽면의 구동력이, 액체 저장부 내압과 대기압의 차압이 되어, 액체 저장부로부터 반응 용액이 유출하여 액체 저장부 내압이 저하하여도, 전력을 이용하지 않고서 액체 저장부 내압을 일정하게 되돌릴 수 있게 된다.As a result, the driving force of the movable wall surface becomes a pressure difference between the internal pressure of the liquid reservoir and the atmospheric pressure, so that the internal pressure of the liquid reservoir is kept constant without using power even when the reaction solution flows out of the liquid reservoir and the internal pressure of the liquid reservoir decreases. It can be reversed.

또한, 가동벽면의 성질로서, 고무형상의 탄성체이고, 반응 용액의 이동에 의해 제2 가동벽이 휘어, 액체 저장부의 내압을 일정하게 하는 것을 특징으로 하고 있다.In addition, as a property of the movable wall surface, it is a rubber-like elastic body, and the 2nd movable wall bends by the movement of reaction solution, and the internal pressure of a liquid storage part is made constant, It is characterized by the above-mentioned.

이에 의해, 가동 부품을 이용하지 않고서 액체 저장부 내압을 일정하게 할 수 있게 되어, 액체 저장부와 가동 부품의 집동부(輯動部)로부터의 반응 용액의 누설을 없애는 것이 가능해진다. 반응 용액의 사용량을 증가시킬 수 있다. Thereby, the internal pressure of the liquid storage part can be made constant without using the movable part, and it becomes possible to eliminate the leakage of the reaction solution from the liquid storage part and the collecting part of the movable part. The amount of the reaction solution used may be increased.

압력 조절 장치가, 액체 저장부와 반응부의 사이에 설치한, 반응 가스가 이동하는 가스 유로인 것을 특징으로 하고 있다.The pressure regulating device is a gas flow path in which the reaction gas moves between the liquid storage part and the reaction part.

이에 의해, 액체 저장부에 반응 가스가 유입하여, 액체 저장부 내압을 유입한 반응 가스의 압력과 동등하게 할 수 있게 된다. 그 결과, 기체 저장부에 공급된 반응 가스가 소비되어, 기체 저장부 및 반응부의 내압이 저하한 경우, 액체 저장부에 유입한 반응 가스의 압력에 의해, 액체 저장부와 반응부의 사이에 차압이 발생하여, 반응 용액을 반응부에 공급할 수 있게 된다. As a result, the reaction gas flows into the liquid reservoir, so that the internal pressure of the liquid reservoir is made equal to the pressure of the reaction gas. As a result, when the reaction gas supplied to the gas storage part is consumed and the internal pressures of the gas storage part and the reaction part decrease, the pressure difference between the liquid storage part and the reaction part is caused by the pressure of the reaction gas flowing into the liquid storage part. And the reaction solution can be supplied to the reaction unit.

가스 유로에 감압 장치를 구비하여, 감압 장치가 반응부로부터 액체 저장부에 유입하는 반응 가스의 압력을 소정의 압력으로 감압하는 것을 특징으로 하고 있다. A pressure reducing device is provided in the gas flow path, and the pressure reducing device reduces the pressure of the reaction gas flowing into the liquid storage part from the reaction part to a predetermined pressure.

이에 의해, 액체 저장부 내압이 감압 장치의 설정 압력이 되어, 반응부 내압을 설정 압력 이상으로 할 수 있다. 감압 장치에 레귤레이터를 이용함으로써, 전력을 소비하지 않고서 액체 저장부 내압을 소정의 압력으로 할 수 있다. 또한 연료 전지 시스템 외부로부터의 물질의 유입이나 가중이 없기 때문에, 연료 전지 시스템을 밀폐할 수 있어, 안정한 디바이스를 구축할 수 있게 된다. As a result, the internal pressure of the liquid storage part becomes the set pressure of the pressure reducing device, and the internal pressure of the reaction part can be made higher than the set pressure. By using a regulator in the decompression device, the internal pressure of the liquid reservoir can be set to a predetermined pressure without consuming power. In addition, since there is no inflow or weighting of substances from outside of the fuel cell system, the fuel cell system can be sealed, and a stable device can be constructed.

액체용 공급로의 관 직경이, 가스 유로관 직경보다 큰 것을 특징으로 하고 있다. The pipe diameter of the supply path for liquid is larger than the gas flow path pipe diameter.

이에 의해, 반응 가스가 가스 유로를 통과할 때의 저항이, 반응 용액이 유로를 통과할 때의 저항보다 커진다. 따라서 액체 저장부로부터 반응부로 반응 용액이 유입하는 것이 반응 가스의 유입보다 용이하게 되어, 액체 저장부가 반응부보다 양압(揚厭)이 된 경우 반응 용액이 이동할 수 있게 된다. As a result, the resistance when the reaction gas passes through the gas flow path becomes larger than the resistance when the reaction solution passes through the flow path. Therefore, the inflow of the reaction solution from the liquid reservoir to the reaction portion is easier than the inflow of the reaction gas, so that the reaction solution can move when the liquid reservoir becomes positive pressure than the reaction portion.

또한 유로의 성질로서, 액체용 공급로가 친수성을 가지는 것을 특징으로 하고 있다. 친수성의 부여에는, 예를 들어 TiO2를 분산 도포하는 방법이 있다. Further, as a property of the flow path, the liquid supply path is characterized by having hydrophilicity. Imparting a hydrophilic include, for example, a method of applying a dispersed TiO 2.

이에 의해, 유로가 반응 용액으로 젖기 때문에, 유로 내에서의 반응 용액 유동에서의 마찰 손실을 저하할 수 있다. 따라서, 반응부와 액체 저장부의 사이의 물질 유동에 관해서, 반응 가스보다 반응 용액 쪽이 유동하기 쉬워진다. 이는, 반응부 내압이 저하하였을 때, 반응 용액이 액체 저장부로부터 반응부로 유동하기 쉬워지는 것으로 이어진다.Thereby, since a flow path gets wet with a reaction solution, the friction loss in the reaction solution flow in a flow path can be reduced. Therefore, with respect to the mass flow between the reaction section and the liquid storage section, the reaction solution is more likely to flow than the reaction gas. This leads to a tendency for the reaction solution to flow from the liquid reservoir to the reaction section when the pressure in the reaction section decreases.

또한 유로가 반응 용액으로 젖음으로써, 유로에 기체가 들어가기 어려워진다. 따라서 반응 용액이 액체 저장부로부터 반응부로 이동할 때에 유로에 기체가 침입하지 않아, 반응 용액의 이동을 방해하는 일이 없어진다. In addition, when the flow path is wet with the reaction solution, it is difficult for gas to enter the flow path. Therefore, when the reaction solution moves from the liquid storage part to the reaction part, no gas enters the flow path, thereby preventing the reaction solution from moving.

그 한편, 가스 유로의 성질로서, 가스 유로가 소수성을 가지는 것을 특징으로 하고 있다. 소수성의 부여에는, 예컨대 PTFE 등의 발수제를 도포하는 방법이 있다. On the other hand, the gas flow path is characterized in that the gas flow path has hydrophobicity. There exists a method of apply | coating a water repellent, such as PTFE, for provision of hydrophobicity.

이에 의해, 가스 유로에 반응 용액이 들어가기 어려워진다. 따라서 반응 가스가 발생하여 반응부가 액체 저장부보다 압력이 높아진 경우에, 반응 가스가 액체 저장부에 유입하는 것을 방해하지 않는다. 이는, 액체 저장부로부터 반응부로 반응 용액이 이동하였을 때에 액체 저장부의 내압이 저하하더라도, 신속하게 액체 저장부의 내압을 상승할 수 있게 되는 것으로 이어진다. This makes it difficult for the reaction solution to enter the gas flow path. Thus, when the reaction gas is generated and the reaction portion has a higher pressure than the liquid reservoir, the reaction gas does not prevent the liquid from entering the liquid reservoir. This leads to a rapid increase in the internal pressure of the liquid reservoir even if the internal pressure of the liquid reservoir decreases when the reaction solution moves from the liquid reservoir to the reaction portion.

또한, 액체용 공급로 및 가스 유로가, 각각 액체 및 기체를 투과하는 막, 또는, 다공질 부재인 것을 특징으로 하고 있다. The liquid supply passage and the gas flow passage are each a membrane or a porous member that permeate the liquid and the gas, respectively.

이에 의해, 유로 및 가스 유로를 제작하는 것이 용이해진다. Thereby, it becomes easy to manufacture a flow path and a gas flow path.

또한, 반응 용액을 저장하는 액체 저장부와, 액체 저장부로부터 공급되는 반응 용액으로부터 반응 가스를 생성시키는 반응부와, 반응부로부터 공급되는 반응 가스를 저장하는 기체 저장부와, 고체 고분자 전해질막에 접합하여 배치되는 전극을 가지고, 기체 저장부로부터 공급되는 반응 가스를 연료로 하여 발전하는 연료 전지와, 액체 저장부로부터 반응부로 반응 용액을 송액하는 송액 장치를 가지고, 송액 장치가, 반응부로부터 액체 저장부로 반응 용액이 역류하는 것을 방지하고, 반응 가스의 소비에 따라 기체 저장부의 내압이 저하하는 것에 의해 액체 저장부의 반응 용액을 반응부로 이동하는 것을 특징으로 하고 있다. In addition, a liquid storage unit for storing the reaction solution, a reaction unit for generating a reaction gas from the reaction solution supplied from the liquid storage unit, a gas storage unit for storing the reaction gas supplied from the reaction unit, and a solid polymer electrolyte membrane It has a fuel cell which has the electrode arrange | positioned by bonding, and produces electricity using the reaction gas supplied from a gas storage part as a fuel, and the liquid feeding apparatus which transfers a reaction solution from a liquid storage part to a reaction part, A liquid feeding apparatus is a liquid from a reaction part. The reaction solution is prevented from flowing backward to the storage portion, and the reaction solution of the liquid storage portion is moved to the reaction portion by lowering the internal pressure of the gas storage portion with the consumption of the reaction gas.

이에 의해, 기체 저장부의 내압에 의해 반응 용액을 이동하게 된다. 즉 반응부의 내압에 관계없이, 연료 전지 근방의 반응 가스량이 저하하였을 때에, 반응 용액을 반응부에 보내어, 반응 가스를 발생시킬 수 있게 된다. 특히 반응부에서 부생성물이 발생한 경우, 부생성물 기체 저장부로 이동하는 것을 방지하기 위해 반응부와 기체 저장부의 사이에 반응 가스 투과막을 배치하는 것이 바람직하지만, 이 경우 기체 저장부의 내압이 반응부의 내압에 즉각 대응할 수 없게 된다. 그러나, 본 구조에 의해 기체 저장부 내의 반응 가스가 감소한 경우라도, 액체 저장부로부터 반응부로 반응 용액을 공급하여 반응 가스를 발생시킬 수 있기 때문에, 기체 저장부로의 반응 가스의 공급이 신속하게 행하여지게 된다. This causes the reaction solution to move by the internal pressure of the gas reservoir. That is, regardless of the internal pressure of the reaction section, when the amount of the reaction gas in the vicinity of the fuel cell decreases, the reaction solution can be sent to the reaction section to generate the reaction gas. In particular, when a by-product occurs in the reaction part, it is preferable to arrange the reaction gas permeation membrane between the reaction part and the gas storage part in order to prevent movement to the by-product gas storage part. You will not be able to respond immediately. However, even if the reaction gas in the gas reservoir is reduced by this structure, the reaction solution can be supplied from the liquid reservoir to the reaction portion to generate the reaction gas, so that the reaction gas can be supplied to the gas reservoir quickly. do.

송액 장치가, 액체 저장부로부터 반응부로 이동하는 반응 용액을 격납하는 격납부와, 격납부 이동 기구로 이루어지고, 격납부는 개구부를 구비하는 용기이고, 기체 저장부의 내압 저하에 따라 개구부가 반응부로 이동하는 것에 의해, 격납부와 액체 저장부의 유통을 차단하고, 또한, 격납부와 반응부를 유통하고, 한편, 기체 저장부의 내압 증가에 따라 개구부가 액체 저장부로 이동하는 것에 의해, 격납부와 액체 저장부를 유통하고, 또한, 격납부와 반응부의 유통을 차단하는 구조인 것을 특징으로 하고 있다. The liquid feeding apparatus includes a storage portion for storing a reaction solution that moves from the liquid storage portion to the reaction portion, and a storage portion moving mechanism, the storage portion being a container having an opening portion, and the opening portion is moved to the reaction portion in response to a decrease in the internal pressure of the gas storage portion. By blocking the flow of the containment section and the liquid storage section, and circulating the containment section and the reaction section, and moving the opening portion to the liquid storage section as the internal pressure of the gas storage section increases. It is a structure which distribute | circulates and cuts off the circulation of a storage part and a reaction part.

이에 의해, 기체 저장부의 내압이 액체 저장부의 내압보다 저하하였을 때에, 격납부에 격납된 반응 용액이 액체 저장부로부터 반응부로 공급되게 된다. 그 때, 격납부에 격납된 반응 용액은, 액체 저장부에 역류하는 일은 없다.As a result, when the internal pressure of the gas storage portion is lower than the internal pressure of the liquid storage portion, the reaction solution stored in the storage portion is supplied from the liquid storage portion to the reaction portion. At that time, the reaction solution stored in the storage portion does not flow back to the liquid storage portion.

자세하게는, 격납부 이동 기구가 제3 가동벽과, 가압 수단을 가지고, 제3 가동벽이, 기체 저장부에 면하여 배치되고, 가압 수단이, 제3 가동벽의 기체 저장부와 대향하는 면에 배치되고, 기체 저장부의 내압이 가압 수단의 압력보다 낮을 때, 제3 가동벽이 기체 저장부 측으로 이동하여, 격납부가 반응부에 접하는 방향으로 이동하고, 기체 저장부의 내압이 가압 수단의 압력보다 높을 때, 제3 가동벽이 가압 수단 측으로 이동하고, 격납부가 액체 저장부에 접하는 방향으로 이동하는 구조인 것을 특징으로 하고 있다. In detail, the containment movement mechanism has a 3rd movable wall and a pressurizing means, a 3rd movable wall is arrange | positioned facing the gas storage part, and a pressurizing means is the surface which opposes the gas storage part of a 3rd movable wall. When the internal pressure of the gas reservoir is lower than the pressure of the pressurizing means, the third movable wall moves to the gas storage side, the containment moves in the direction of contact with the reaction portion, and the internal pressure of the gas reservoir is greater than the pressure of the pressurizing means. When high, the third movable wall moves to the pressing means side, and the storage portion moves in a direction in contact with the liquid storage portion.

본 구조의 작용을 이하에 설명한다. 기체 저장부 내압이 가압 수단에 의한 압력보다 높은 경우, 제3 가동벽이 가압 수단 측으로 이동하고, 이에 연동하여 격납부의 개구부가 액체 저장부로 이동하여, 격납부와 액체 저장부가 연결된다. 따라서 격납부 내에 반응 용액을 저장할 수 있게 된다. 한편 기체 저장부 내압이 가압 수단에 의한 압력보다 낮은 경우, 제3 가동벽이 기체 저장부 측으로 이동하고, 이에 연동하여 격납부의 개구부가 반응부로 이동하여, 반응부와 격납부가 연결된다. 따라서, 반응부에 반응 용액을 이동할 수 있게 된다.The operation of this structure will be described below. When the gas reservoir internal pressure is higher than the pressure by the pressurizing means, the third movable wall moves to the pressurizing means side, and in conjunction with this, the opening of the containment portion moves to the liquid reservoir, whereby the containment portion and the liquid reservoir are connected. Thus, the reaction solution can be stored in the containment unit. On the other hand, when the internal pressure of the gas storage part is lower than the pressure by the pressurizing means, the third movable wall moves to the gas storage part side, and in conjunction with this, the opening of the storage part moves to the reaction part, thereby connecting the reaction part and the storage part. Therefore, the reaction solution can be moved to the reaction section.

이 경우, 격납부와 반응부의 유통구에, 모세관이나 막, 다공성 부재, 천 등을 배치하는 것이 바람직하다. 이것에 의하면 표면 장력에 의해 반응 용액을 격납부로부터 반응부로 이동하는 것을 촉진할 수 있다.In this case, it is preferable to arrange a capillary tube, a membrane, a porous member, a cloth, or the like in the outlet of the containment section and the reaction section. According to this, the movement of the reaction solution from the storage portion to the reaction portion can be promoted by the surface tension.

이상에 의해 전력을 사용하지 않고, 기체 저장부의 압력 저하에 의해 반응 용액을 이동할 수 있게 된다.As a result, the reaction solution can be moved by lowering the pressure of the gas storage unit without using electric power.

가압 수단이, 모터, 자력, 스프링, 탄성체에 의한 것을 특징으로 하고 있다.The pressurizing means is characterized by a motor, a magnetic force, a spring, and an elastic body.

이 경우, 가압 수단을 실린더 형상으로 하여, 실린더 내의 플런저를 제3 가동벽으로 하는 것이 생각된다. 제3 가동벽의 기체 저장부와 대향하는 면을 상기 부품으로 가중함으로써 기체 저장부 내압과의 밸런스로, 제3 가동벽을 이동할 수 있다.In this case, it is conceivable that the pressurizing means has a cylindrical shape, and the plunger in the cylinder is the third movable wall. By weighting the surface facing the gas storage part of the third movable wall with the above components, the third movable wall can be moved in balance with the internal pressure of the gas storage part.

가압 수단의 압력이, 대기압인 것을 특징으로 하고 있다.The pressure of the pressurizing means is atmospheric pressure.

이 경우, 가압 수단을 실린더 형상으로 하여, 실린더 내의 플런저를 제3 가동벽으로 하고, 실린더의 단의 한 쪽을 기체 저장부 내로, 다른 쪽을 액체 저장부 내로 연결하는 구조가 생각된다. 제3 가동벽의 기체 저장부와 대향하는 면을 대기와 유통시킴으로써, 기체 저장부를 대기압 이상으로 하는 가압 수단을 구축할 수 있다.In this case, it is conceivable that the pressurizing means has a cylindrical shape, and a plunger in the cylinder is used as the third movable wall, and one end of the cylinder is connected into the gas reservoir and the other into the liquid reservoir. By passing the surface which faces the gas storage part of a 3rd movable wall with air | atmosphere, the pressurizing means which makes a gas storage part more than atmospheric pressure can be constructed.

가압 수단의 압력이, 액체 저장부의 압력인 것을 특징으로 하고 있다.The pressure of the pressurizing means is the pressure of the liquid storage part.

이 경우, 가압 수단을 실린더 형상으로 하여, 실린더 내의 플런저를 제3 가동벽으로 하고, 실린더의 단의 한 쪽을 기체 저장부 내로, 다른 쪽을 액체 저장부 내로 연결하는 것이 생각된다. 제3 가동벽의 기체 저장부와 대향하는 면에 대한 압력을 액체 저장부 내압으로 함으로써, 기체 저장부 내압을 액체 저장부 내압 이상으로 하는 가압 수단을 구축할 수 있다.In this case, it is conceivable that the pressurizing means has a cylindrical shape, and the plunger in the cylinder is used as the third movable wall, and one end of the cylinder is connected into the gas reservoir and the other into the liquid reservoir. By setting the pressure on the surface of the third movable wall that faces the gas storage part to be the liquid storage part internal pressure, it is possible to construct a pressurizing means for making the gas storage part internal pressure to be equal to or higher than the liquid storage part internal pressure.

또한, 반응 용액을 저장하는 액체 저장부와, 액체 저장부로부터 공급되는 반응 용액으로부터 반응 가스를 생성시키는 반응부와, 반응부로부터 공급되는 반응 가스를 저장하는 기체 저장부와, 고체 고분자 전해질막에 접합하여 배치되는 전극을 가지고, 기체 저장부로부터 공급되는 반응 가스를 전기 화학 반응시켜, 연료로서 이용하여 발전하는 연료 전지와, 반응부와 반응 용액을 구획하기 위한 격벽을 구비하고, 격벽과 반응부 중 적어도 한 쪽이 이동 가능하며, 반응부와 반응 용액의 접촉 면적을 변화시키는 방향으로 이동 가능한 것을 특징으로 하고 있다.In addition, a liquid storage unit for storing the reaction solution, a reaction unit for generating a reaction gas from the reaction solution supplied from the liquid storage unit, a gas storage unit for storing the reaction gas supplied from the reaction unit, and a solid polymer electrolyte membrane A fuel cell having an electrode disposed to be bonded to each other and electrochemically reacted with a reaction gas supplied from a gas storage unit, and used as a fuel to generate electricity, a partition wall for partitioning the reaction section and the reaction solution, the partition wall and the reaction section At least one of which is movable is characterized by moving in the direction which changes the contact area of a reaction part and a reaction solution.

이에 의해, 반응 가스의 발생과 정지를 할 수 있게 된다. 또한 연료 전지의 출력에 따라서 기체 저장부 내압 저하 속도가 변화하고, 그에 따라 이동 수단에 의한 이동량이 변화하고, 그 결과 반응 용액과 반응 부재의 접촉 면적이 가변이 된다. 따라서 연료 전지의 출력에 따른 반응 가스 발생량의 제어가 가능해진다. 즉 전극에서 필요로 되는 반응 가스가 많은 경우에는, 반응 용액과 반응부의 접촉 면적을 증가시켜, 반응 가스의 발생량을 증가시킬 수 있다.This makes it possible to generate and stop the reaction gas. In addition, the rate of lowering the internal pressure of the gas storage unit changes in accordance with the output of the fuel cell, so that the amount of movement by the moving means changes, and as a result, the contact area between the reaction solution and the reaction member is variable. Therefore, the amount of reactive gas generated according to the output of the fuel cell can be controlled. That is, when there are many reaction gases required by an electrode, the contact area of a reaction solution and a reaction part may be increased, and the quantity of reaction gas generation | occurrence | production can be increased.

이 경우 반응 부재에는, 반응 용액과의 접촉으로 반응 가스를 생성할 수 있는 물질을 배치하고 있다. 즉, 반응 용액을 금속 수소 착화합물의 수용액으로 한 경우, 반응부에는 그 촉매를 배치한다. 반대로 반응부에 금속 수소 착화합물 또는 그 수용액으로 한 경우, 반응 용액을 촉매의 수용액으로 한다. 또한, 메탄올을 대표로 하는 알코올류나 에테르류, 시클로헥산을 대표로 하는 유기 케미컬 하이드라이드를 반응 용액으로 하여 수소를 발생시키는 경우에는, 가열이 필요하다. 그래서 반응 부재에 히터를 설치하고, 촉매를 구비함으로써, 수소를 발생시킬 수 있게 된다. In this case, the substance which can generate | occur | produce reaction gas by contact with a reaction solution is arrange | positioned at the reaction member. That is, when the reaction solution is an aqueous solution of a metal hydrogen complex compound, the catalyst is disposed in the reaction section. On the contrary, in the case of using a metal hydrogen complex compound or an aqueous solution thereof, the reaction solution is an aqueous solution of a catalyst. In addition, when hydrogen is generated using the organic chemical hydride represented by alcohols, ethers, and cyclohexane represented by methanol as a reaction solution, heating is required. Thus, by installing a heater in the reaction member and providing a catalyst, hydrogen can be generated.

또한, 반응부의 반응 용액 측의 면에 격벽이 배치되고, 격벽의 이동 수단이, 반응부와 상기 반응 용액을 접촉시키는 방향으로 상기 격벽을 가압하는 가압 장치를 가지고, 상기 가압 장치의 압력과 상기 반응 가스의 압력의 차이에 의해 상기 격벽이 이동하고, 상기 반응 가스의 발생과 소비에 의해 발생하는 압력 변화에 의해 이동하는 방향이 변화하는 것을 특징으로 하고 있다. Moreover, a partition is arrange | positioned at the surface of the reaction solution side of a reaction part, and the moving means of a partition has a pressurization apparatus which presses the said partition in the direction which makes a reaction part contact with the said reaction solution, The pressure of the said pressurization apparatus, and said reaction The partition wall is moved by the difference in the pressure of the gas, and the moving direction is changed by the pressure change generated by the generation and consumption of the reactive gas.

또한, 상기 반응부의 상기 반응 용액 측의 면에 상기 격벽이 배치되고, 상기 반응부의 이동 수단이, 상기 반응부와 상기 반응 용액을 접촉시키는 방향으로 상기 반응부를 가압하는 가압 장치를 가지고, 상기 가압 장치의 압력과 상기 반응 가스의 압력의 차이에 의해 상기 반응부가 이동하고, 상기 반응 가스의 발생과 소비에 의해 발생하는 압력 변화에 의해 이동하는 방향이 변화하는 것을 특징으로 하고 있다. Moreover, the said partition is arrange | positioned at the surface of the said reaction solution side of the said reaction part, The moving means has a pressurizing apparatus which presses the said reaction part in the direction which makes the said reaction part contact with the said reaction solution, The said pressurizing device The reaction part is moved by the difference between the pressure of the reaction gas and the pressure of the reaction gas, and the moving direction is changed by the pressure change generated by the generation and consumption of the reaction gas.

상기 구조는, 반응 가스의 압력 증가 시, 반응부는 격벽에 차단되어 반응 용액과 접하지 않게 되어, 가스 발생이 정지하도록 작용한다. The structure is such that when the pressure of the reaction gas increases, the reaction portion is blocked by the partition wall so as not to come into contact with the reaction solution, so that the gas generation stops.

또한 이 가압 장치에는, 고무나 스프링과 같은 탄성체, 자석, 모터, 정전이나 압전 현상을 이용한 구조를 이용할 수 있다. 또한, 내부에 가스나 액체 등을 넣어 밀폐한 용기의 벽면의 일부를 가동시켜, 격벽 또는 반응 부재에 장착한 구조라도 된다. 전력을 이용하지 않는 부재를 이용하는 쪽이 바람직하지만, 가동부를 가동하는 빈도가 많기 때문에, 전력을 소비하더라도 전력 소비량은 작아도 된다. In addition, the pressurizing device can use a structure using rubber, a spring-like elastic body, a magnet, a motor, an electrostatic or piezoelectric phenomenon. In addition, a structure may be provided in which a part of the wall surface of the container in which gas, a liquid, or the like is sealed inside is moved and mounted on a partition wall or a reaction member. Although it is preferable to use a member which does not use electric power, since the movable part is frequently operated, power consumption may be small even if electric power is consumed.

반응 부재가 반응 용액에 접촉하기 위한 구조로서, 관통 구멍이 격벽의 일부에 설치되어 있는 것을 특징으로 하고 있다. The reaction member is a structure for contacting the reaction solution, wherein a through hole is provided in a part of the partition wall.

이에 의해, 관통 구멍을 통해서 반응 용액을 반응부에 공급할 수 있게 된다. Thereby, the reaction solution can be supplied to the reaction portion through the through hole.

또한, 고체 고분자 전해질막에 접합하여 배치되는 전극을 가지고, 반응 가스를 전기 화학 반응하는 연료 전지에서, 반응 가스를 저장하는 저장 탱크와, 반응 가스가 유입하여, 전극에 송기(送氣)하는 기체부와, 저장 탱크로부터 기체부로 반응 가스를 공급하는 가스관과, 가스관에 배치되고, 기체부에 보내는 반응 가스의 압력을 조절하는 감압부를 구비하여, 연료 전지 발전 시의 기체부 내압 저하가, 연료 전지에서의 반응에만 의한 것을 특징으로 하고 있다. In addition, in a fuel cell having an electrode bonded to a solid polymer electrolyte membrane and electrochemically reacting a reaction gas, a storage tank for storing the reaction gas, and a gas part through which the reaction gas flows and is blown to the electrode And a gas pipe for supplying the reaction gas from the storage tank to the gas part, and a pressure reducing part disposed in the gas pipe to adjust the pressure of the reaction gas sent to the gas part, so that the internal pressure drop in the gas part during fuel cell power generation is reduced in the fuel cell. It is characterized by only the reaction of.

이에 의해, 기체부의 내압과 감압 수단의 출력 전압의 밸런스에 따라서 반응 가스가 기체부에 유입하게 된다. 따라서 연료 전지에서 반응 가스가 소비되어 기체부의 내압이 감소함에 따라, 기체부에 반응 가스를 공급하는 것이 가능해진다. Thereby, reaction gas flows into a gas part according to the balance of the internal pressure of a gas part, and the output voltage of a pressure reduction means. Therefore, as the reaction gas is consumed in the fuel cell and the internal pressure of the gas portion decreases, the reaction gas can be supplied to the gas portion.

이상 설명한 것과 같이, 상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에서는, 반응 용액을 저장하는 액체 저장부와, As explained above, in order to solve the said subject, in this invention, the liquid storage part which stores a reaction solution,

액체 저장부로부터 공급되는 반응 용액으로부터 반응 가스를 생성시키는 반응부와, A reaction unit for generating a reaction gas from the reaction solution supplied from the liquid storage unit,

반응부로부터 공급되는 반응 가스를 저장하는 기체 저장부와, A gas storage unit for storing a reaction gas supplied from the reaction unit,

고체 고분자 전해질막에 접합하여 배치되는 전극을 가지고, 기체 저장부로부터 공급되는 반응 가스를 연료로 하여 발전하는 연료 전지와, A fuel cell having electrodes arranged to be bonded to a solid polymer electrolyte membrane and generating power by using a reaction gas supplied from a gas storage unit as a fuel;

액체 저장부의 압력이 반응부의 압력보다도 큰 경우, 반응 용액을 액체 저장부로부터 반응부로 공급하고, 액체 저장부의 압력이 반응부의 압력보다 작은 경우, 반응 용액의 공급을 정지하는 반응 용액 공급량 조정 수단을 구비하여 이루어진다. A reaction solution supply amount adjusting means for supplying the reaction solution from the liquid storage part to the reaction part when the pressure of the liquid storage part is greater than the pressure of the reaction part, and stopping the supply of the reaction solution when the pressure of the liquid storage part is less than the pressure of the reaction part. It is done by

이에 의해, 연료 전지의 출력 전력을 직접 검출하지 않고, 연료 전지의 구동 상황에 맞추어 반응 용액의 공급량을 제어할 수 있게 된다. 즉 반응 용액 공급량 제어에 전기적인 제어 신호를 이용하지 않기 때문에, 제어에 관한 전기적인 처리 및 전자 부품을 필요로 하지 않아, 소비 에너지의 감소, 부품 점수의 감소로 이어진다. 또한, 연료 전지의 구동 상황에 맞추어 반응 용액을 공급하는 것이 가능하기 때문에, 반응 가스의 공급량에 대한 소비량의 비율인 연료 이용 효율을 증가시킬 수 있게 된다. Thereby, the supply amount of the reaction solution can be controlled in accordance with the driving condition of the fuel cell without directly detecting the output power of the fuel cell. That is, since no electrical control signal is used for the reaction solution supply amount control, no electrical processing and electronic components related to the control are required, which leads to a reduction in energy consumption and a reduction in component scores. In addition, since the reaction solution can be supplied in accordance with the driving condition of the fuel cell, it is possible to increase the fuel utilization efficiency which is the ratio of the consumption amount to the supply amount of the reaction gas.

또한, 반응 용액을 저장하는 액체 저장부와, 액체 저장부로부터 공급되는 반응 용액으로부터 반응 가스를 생성시키는 반응부와, 반응부로부터 공급되는 반응 가스를 저장하는 기체 저장부와, 고체 고분자 전해질막에 접합하여 배치되는 전극을 가지고, 기체 저장부로부터 공급되는 반응 가스를 연료로 하여 발전하는 연료 전지와, 액체 저장부로부터 반응부로 반응 용액을 송액하는 송액 장치를 가지고, 송액 장치가, 반응부로부터 액체 저장부에 반응 용액이 역류하는 것을 방지하고, 반응 가스의 소비에 따라 기체 저장부의 내압이 저하하는 것에 의해 액체 저장부의 반응 용액을 반응부로 이동하게 하고 있다. In addition, a liquid storage unit for storing the reaction solution, a reaction unit for generating a reaction gas from the reaction solution supplied from the liquid storage unit, a gas storage unit for storing the reaction gas supplied from the reaction unit, and a solid polymer electrolyte membrane It has a fuel cell which has the electrode arrange | positioned by bonding, and produces electricity using the reaction gas supplied from a gas storage part as a fuel, and the liquid feeding apparatus which transfers a reaction solution from a liquid storage part to a reaction part, A liquid feeding apparatus is a liquid from a reaction part. The reaction solution is prevented from flowing back to the reservoir and the internal pressure of the gas reservoir decreases with the consumption of the reaction gas, thereby causing the reaction solution of the liquid reservoir to move to the reactor.

이에 의해, 기체 저장부의 내압에 의해 반응 용액을 이동하게 된다. 즉 반응부의 내압에 관계없이, 연료 전지 근방의 반응 가스량이 저하하였을 때에, 반응 용액을 반응부에 보내어, 반응 가스를 발생시킬 수 있게 된다. 특히 반응부에서 부생성물이 발생한 경우, 부생성물이 기체 저장부로 이동하는 것을 방지하기 위해 반응부와 기체 저장부의 사이에 반응 가스 투과막을 배치하는 것이 바람직하지만, 이 경우 기체 저장부의 내압이 반응부의 내압에 즉각 대응할 수 없게 된다. 그러나, 본 구조에 의해 기체 저장부 내의 반응 가스가 감소한 경우라도, 액체 저장부로부터 반응부로 반응 용액을 공급하여 반응 가스를 발생시킬 수 있기 때문에, 기체 저장부로의 반응 가스의 공급이 신속하게 행하여지게 된다. This causes the reaction solution to move by the internal pressure of the gas reservoir. That is, regardless of the internal pressure of the reaction section, when the amount of the reaction gas in the vicinity of the fuel cell decreases, the reaction solution can be sent to the reaction section to generate the reaction gas. In particular, when a by-product occurs in the reaction section, it is preferable to arrange a reaction gas permeable membrane between the reaction section and the gas storage section to prevent the by-products from moving to the gas storage section. You will not be able to respond immediately. However, even if the reaction gas in the gas reservoir is reduced by this structure, the reaction solution can be supplied from the liquid reservoir to the reaction portion to generate the reaction gas, so that the reaction gas can be supplied to the gas reservoir quickly. do.

또한, 반응 용액을 저장하는 액체 저장부와, 액체 저장부로부터 공급되는 반응 용액으로부터 반응 가스를 생성시키는 반응부와, 반응부로부터 공급되는 반응 가스를 저장하는 기체 저장부와, 고체 고분자 전해질막에 접합하여 배치되는 전극을 가지고, 기체 저장부로부터 공급되는 반응 가스를 전기 화학 반응시켜, 연료로서 이용하여 발전하는 연료 전지와, 반응부와 반응 용액을 구획하기 위한 격벽을 구비하고, 격벽과 반응부 중 적어도 한 쪽이 이동 가능하고, 반응부와 반응 용액의 접촉 면적을 변화시키는 방향으로 이동 가능한 것으로 한다. In addition, a liquid storage unit for storing the reaction solution, a reaction unit for generating a reaction gas from the reaction solution supplied from the liquid storage unit, a gas storage unit for storing the reaction gas supplied from the reaction unit, and a solid polymer electrolyte membrane A fuel cell having an electrode disposed to be bonded to each other and electrochemically reacted with a reaction gas supplied from a gas storage unit, and used as a fuel to generate electricity, a partition wall for partitioning the reaction section and the reaction solution, the partition wall and the reaction section At least one of them is movable and can be moved in a direction of changing the contact area between the reaction portion and the reaction solution.

이에 의해, 반응 가스의 발생량의 발생과 정지를 할 수 있게 된다. 또한 연료 전지의 출력에 따라서 기체 저장부 내압 저하 속도가 변화하고, 그에 따라서 이동 수단에 의한 이동량이 변화하여, 그 결과 반응 용액과 반응 부재의 접촉 면적이 가변이 된다. 따라서 연료 전지의 출력에 따른 반응 가스 발생량의 제어가 가능해진다. This makes it possible to generate and stop the generation amount of the reaction gas. In addition, the rate of decrease in the internal pressure of the gas storage unit changes in accordance with the output of the fuel cell, and the amount of movement by the moving means changes accordingly, resulting in a variable contact area between the reaction solution and the reaction member. Therefore, the amount of reactive gas generated according to the output of the fuel cell can be controlled.

또한, 고체 고분자 전해질막에 접합하여 배치되는 전극을 가지고, 반응 가스를 전기 화학 반응하는 연료 전지에서, 반응 가스를 저장하는 저장 탱크와, 반응 가스가 유입하여, 전극에 송기하는 기체부와, 저장 탱크로부터 기체부로 반응 가스를 공급하는 가스관과, 가스관에 배치되어, 기체부에 보내는 반응 가스의 압력을 조절하는 감압부를 구비하고, 연료 전지 발전 시의 기체부 내압 저하가, 연료 전지에서의 반응에만 따르고 있다.In addition, in a fuel cell having an electrode bonded to a solid polymer electrolyte membrane and electrochemically reacting a reaction gas, a storage tank for storing the reaction gas, a gas unit for introducing the reaction gas and sending it to the electrode, and storage And a gas pipe for supplying the reaction gas from the tank to the gas part, and a pressure reducing part disposed in the gas pipe to adjust the pressure of the reaction gas sent to the gas part. Following.

이에 의해, 기체부의 내압과 감압 수단의 출력압의 밸런스에 따라서 반응 가스가 기체부에 유입하게 된다. 따라서 연료 전지에서 반응 가스가 소비되어 기체부의 내압이 감소함에 따라, 기체부에 반응 가스를 공급하는 것이 가능해진다. Thereby, reaction gas flows into a gas part according to the balance of the internal pressure of a gas part, and the output pressure of a pressure reduction means. Therefore, as the reaction gas is consumed in the fuel cell and the internal pressure of the gas portion decreases, the reaction gas can be supplied to the gas portion.

이상의 구조에 의해, 연료 전지의 전극에 적정량의 연료나 산화제를 공급하기 위한 에너지를 저감하고, 공급량의 제어 기구나 반응량의 제어 기구의 부피가 작아진다. 따라서, 에너지 밀도라는 점에서 유리하고, 소형이며, 안전하고 또한 연료 이용 효율이 좋은 연료 전지를 제공하는 것이 가능해졌다.With the above structure, the energy for supplying an appropriate amount of fuel or oxidant to the electrode of the fuel cell is reduced, and the volume of the supply amount control mechanism and the reaction amount control mechanism is reduced. Therefore, it is possible to provide a fuel cell which is advantageous in terms of energy density, which is compact, safe and has good fuel utilization efficiency.

도 1은 본 발명에 의한 연료 전지 시스템의 구성도이다.1 is a configuration diagram of a fuel cell system according to the present invention.

도 2는 본 발명의 수소 공급량의 제어 방법의 플로우차트이다.2 is a flowchart of the method for controlling the hydrogen supply amount of the present invention.

도 3은 본 발명에 의한 연료 전지 시스템의 역지 장치에 가동벽을 이용한 경우의 구성도이다.3 is a configuration diagram when a movable wall is used for the check device of the fuel cell system according to the present invention.

도 4는 본 발명에 의한 연료 전지 시스템의 역지 장치에 가동벽을 이용한 경우의 구성도이다.4 is a configuration diagram when a movable wall is used for the check device of the fuel cell system according to the present invention.

도 5는 본 발명에 의한 연료 전지 시스템의 역지 장치에 가동벽을 이용한 경우의 구성도이다.5 is a configuration diagram when a movable wall is used for the check device of the fuel cell system according to the present invention.

도 6은 본 발명에 의한 연료 전지 시스템의 액체 저장부의 압력 조절 장치에 역지 밸브를 장착한 경우의 구성도이다.6 is a configuration diagram when the check valve is attached to the pressure regulating device of the liquid storage unit of the fuel cell system according to the present invention.

도 7은 본 발명에 의한 연료 전지 시스템의 액체 저장부의 압력 조절 장치에 가동벽을 이용한 경우의 구성도이다.7 is a configuration diagram when the movable wall is used for the pressure regulating device of the liquid storage unit of the fuel cell system according to the present invention.

도 8은 본 발명에 의한 연료 전지 시스템의 액체 저장부의 압력 조절 장치에 가동벽을 이용한 경우의 구성도이다.8 is a configuration diagram when a movable wall is used for the pressure regulating device of the liquid storage unit of the fuel cell system according to the present invention.

도 9는 본 발명에 의한 연료 전지 시스템의 액체 저장부의 압력 조절 장치에 자석을 이용한 경우의 구성도이다.9 is a configuration diagram when a magnet is used for the pressure regulating device of the liquid storage unit of the fuel cell system according to the present invention.

도 10은 본 발명에 의한 연료 전지 시스템의 액체 저장부의 압력 조절 장치에 모터를 이용한 경우의 구성도이다.10 is a configuration diagram when a motor is used for the pressure regulating device of the liquid storage unit of the fuel cell system according to the present invention.

도 11은 본 발명에 의한 연료 전지 시스템의 액체 저장부의 압력 조절 장치에 스프링을 이용한 경우의 구성도이다.11 is a configuration diagram when a spring is used for the pressure regulating device of the liquid storage unit of the fuel cell system according to the present invention.

도 12는 본 발명에 의한 연료 전지 시스템의 액체 저장부의 압력 조절 장치로서 가스 유로를 이용한 경우의 구성도이다.12 is a configuration diagram when a gas flow path is used as the pressure regulating device of the liquid storage unit of the fuel cell system according to the present invention.

도 13은 본 발명에 의한 연료 전지 시스템의 액체 저장부의 압력 조절 장치로서 가스 유로를 이용한 경우의 구성도이다.13 is a configuration diagram when a gas flow path is used as the pressure regulating device of the liquid storage unit of the fuel cell system according to the present invention.

도 14는 본 발명에 의한 연료 전지 시스템의 기체 저장부의 압력 변화에 따라 반응 용액량을 제어하는 경우의 구성도이다.14 is a configuration diagram in the case of controlling the amount of the reaction solution in accordance with the pressure change of the gas storage unit of the fuel cell system according to the present invention.

도 15는 본 발명에 의한 연료 전지 시스템의 기체 저장부의 압력 변화에 따라 반응 용액량을 제어하는 경우의 구성도이다.15 is a configuration diagram in the case of controlling the amount of the reaction solution in accordance with the pressure change of the gas storage unit of the fuel cell system according to the present invention.

도 16은 본 발명에 의한 연료 전지 시스템의 반응 부위의 면적을 가변으로 하여 반응 가스 발생량을 제어하는 경우의 구성도이다.Fig. 16 is a configuration diagram when the reaction gas generation amount is controlled by varying the area of the reaction site of the fuel cell system according to the present invention.

도 17은 본 발명에 의한 연료 전지 시스템의 반응 부위의 면적을 가변으로 하여 반응 가스 발생량을 제어하는 경우의 구성도이다.17 is a configuration diagram in the case of controlling the amount of reaction gas generated by varying the area of the reaction site of the fuel cell system according to the present invention.

도 18은 본 발명에 의한 연료 전지 시스템의 가스 저장 탱크를 이용한 경우의 구성도이다.18 is a configuration diagram when a gas storage tank of the fuel cell system according to the present invention is used.

이하에, 본 발명을 실시형태에 기초하여 상세히 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, this invention is demonstrated in detail based on embodiment.

(실시형태 1)(Embodiment 1)

도 1은, 본 발명에 의한 연료 전지 시스템의 구성도이다. 연료 전지 시스템은, 크게 액체 저장부(1), 반응부(2), 기체 저장부(3), 연료 전지로 이루어진다. 액체 저장부(1)는, 수소를 발생하기 위한 반응 용액을 저장하는 부위이다. 반응 용액은, 액체용 공급로(13)를 통해서, 반응부(2)에 공급된다. 반응부(2)는, 내부에 반응 용액과 접하여 수소를 발생시킬 수 있는 반응물을 구비하여, 반응 용액이 반응부(2)에 공급되면 수소를 발생하는 부위이다. 발생한 수소는 기체 저장부(3)에 공급된다. 기체 저장부(3)는, 반응부(2)로부터 공급된 수소를 일시적으로 저장하는 부위이다. 연료 전지는, 애노드(4a), 고체 고분자 전해질막(4b), 캐소드(4c)로 이루어지고 있고, 기체 저장부(3)의 수소는 애노드(4a)에서 전기 화학적으로 산화되어, 발전된다. 1 is a configuration diagram of a fuel cell system according to the present invention. The fuel cell system largely consists of a liquid storage unit 1, a reaction unit 2, a gas storage unit 3, and a fuel cell. The liquid storage part 1 is a site | part which stores the reaction solution for generating hydrogen. The reaction solution is supplied to the reaction unit 2 via the liquid supply passage 13. The reaction part 2 is equipped with the reactant which can generate | occur | produce hydrogen in contact with a reaction solution inside, and is a site | part which generate | occur | produces hydrogen when a reaction solution is supplied to the reaction part 2. The generated hydrogen is supplied to the gas reservoir 3. The gas storage unit 3 is a site for temporarily storing hydrogen supplied from the reaction unit 2. The fuel cell is composed of an anode 4a, a solid polymer electrolyte membrane 4b, and a cathode 4c. Hydrogen in the gas storage part 3 is electrochemically oxidized at the anode 4a to generate electricity.

연료 전지는, 소위 고체 고분자형 연료 전지이다. 자세하게는, 수소를 전기 화학 산화하는 애노드 (4a)와 산소를 전기 화학 환원하는 캐소드(4c), 애노드(4a) 와 캐소드(4c)의 사이에 개재하는 고체 고분자 전해질막(4b)으로 구성된다. 여기서 기체 저장부(3)는 고체 고분자 전해질막(4b)에 의해 밀폐되어 있기 때문에, 기체 저장부(3)에 저장된 수소는 외부로 누설하지 않고, 애노드(4a)에서 소비되기만 한다. The fuel cell is a so-called solid polymer fuel cell. In detail, it is composed of an anode 4a for electrochemically oxidizing hydrogen, a cathode 4c for electrochemically reducing oxygen, and a solid polymer electrolyte membrane 4b interposed between the anode 4a and the cathode 4c. Since the gas storage part 3 is sealed by the solid polymer electrolyte membrane 4b, hydrogen stored in the gas storage part 3 does not leak to the outside, but is only consumed by the anode 4a.

액체 저장부(1)에는, 압력 조절 장치(20), 반응부(2)에 반응 용액을 공급하기 위한 액체용 공급로(13)가 설치되어 있고, 액체용 공급로(13)에 제1 역지 밸브(11)가 설치되어 있다. 압력 조절 장치(20)는, 액체 저장부(1)내의 압력을 일정하게 하기 위한 장치로서, 이것에 의해 액체 저장부(1)의 내압이 일시적으로 감소하더라도, 원래의 압력에 되돌리는 것이 가능해진다. 액체 저장부(1)의 내압이 감소하는 요인은, 액체용 공급로(13)를 통하여 반응부(2)로 반응 용액이 공급되는 것이다. 한편, 제1 역지 밸브(11)에 의해, 반응부(2)에서 발생한 수소가 액체 저장부(1)로 유입하는 일은 없다. The liquid storage part 1 is provided with a liquid supply path 13 for supplying a reaction solution to the pressure regulating device 20 and the reaction part 2, and the first check point in the liquid supply path 13. The valve 11 is provided. The pressure regulating device 20 is a device for making the pressure in the liquid storage part 1 constant, whereby it becomes possible to return to the original pressure even if the internal pressure of the liquid storage part 1 temporarily decreases. . The cause of the decrease in the internal pressure of the liquid storage part 1 is that the reaction solution is supplied to the reaction part 2 via the liquid supply passage 13. On the other hand, the hydrogen generated in the reaction section 2 does not flow into the liquid storage section 1 by the first check valve 11.

본 발명의 수소 공급량의 제어 방법을, 도 2의 플로우차트에 도시하였다. The flowchart of FIG. 2 showed the control method of the hydrogen supply amount of this invention.

이에 의하면, 우선 반응 용액을 반응부(2)에 공급하면 수소가 발생하고, 반응부(2)의 압력이 증가함에 따라서, 기체 저장부(3)에 수소가 공급된다. 또한 수소는 기체 저장부(3)로부터 애노드(4a)에 공급된다. 이 때 제1 역지 밸브(13)에 의해 액체 저장부(1)로 수소가 유입하는 것을 피할 수 있어, 압력 조절 장치(20)에 의해 액체 저장부(1)는 압력이 일정해진다. 이상에 의해, 반응부(2)의 압력이 증가하지만, 액체 저장부(1)는 압력이 변화하지 않기 때문에, 액체 저장부(1)가 반응부(2)보다 음압이 되어, 반응 용액이 반응부(2)로 공급되는 것이 정지한다. According to this, first, when a reaction solution is supplied to the reaction part 2, hydrogen will generate | occur | produce, and hydrogen will be supplied to the gas storage part 3 as the pressure of the reaction part 2 increases. Hydrogen is also supplied from the gas reservoir 3 to the anode 4a. At this time, it is possible to avoid the inflow of hydrogen into the liquid reservoir 1 by the first check valve 13, so that the pressure in the liquid reservoir 1 is constant by the pressure regulating device 20. The pressure of the reaction part 2 increases by the above, but since the pressure of the liquid storage part 1 does not change, the liquid storage part 1 becomes a negative pressure rather than the reaction part 2, and the reaction solution reacts. Supply to the section 2 stops.

다음으로, 수소가 발전에 의해 소비됨으로써, 기체 저장부(3) 및 반응부(2)의 내압이 저하한다. 반응부(2)의 내압이, 액체 저장부(1)의 내압보다 저하하면, 그 압력차를 시정하기 위해서 액체 저장부(1)로부터 반응 용액이 반응부(2)에 공급된다. 이하와 같은 행위가 반복되게 된다. Next, since hydrogen is consumed by power generation, the internal pressures of the gas storage part 3 and the reaction part 2 decrease. When the internal pressure of the reaction part 2 falls below the internal pressure of the liquid storage part 1, the reaction solution is supplied from the liquid storage part 1 to the reaction part 2 in order to correct the pressure difference. The following actions are repeated.

본 실시예에서는, 구체적으로는, 백금 담지(擔持) 카본층을 촉매층으로서 고체 고분자 전해질막(4c)의 양면에 도포한 막 전극 접합체를 제작하고, 막 전극 접합체를 카본 크로스로 협지한 연료 전지를 이용하였다. 또한 애노드(4a)를 덮는 위치에, 내부에 수소를 저장하는 캐비티를 설치한 부재를 내부의 수소가 외부로 누설되지 않도록 장착하고, 기체 저장부(3)로 하였다. 또한, 액체 저장부(1), 반응부(2)에 아크릴제의 용기를 이용하여, 액체 저장부(1)에 반응 용액으로서 25wt% 수소화붕소나트륨 수용액 4cc를, 반응부(2)에는 수소화붕소나트륨으로부터 수소를 발생시키기 위해서 pH3의 산성 수용액을 수용하였다. 액체 저장부(1)와 반응부(2)의 사이에 액체용 공급로(13)로서 설치하고, 액체용 공급로(13)에 역지 밸브를 장착하였다. 또한, 반응부(2)와 기체 저장부(3)를 연결하여, 기체가 유통하도록 하였다. 상기 조건에서의 누적 수소 발생량은 2.4L이다. 또한 이론적으로는 5.7Ahr의 전기량을 취출할 수 있다. In the present embodiment, specifically, a membrane electrode assembly in which a platinum-carrying carbon layer is applied as a catalyst layer to both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 4c is produced, and a fuel cell in which the membrane electrode assembly is sandwiched with carbon cross. Was used. Moreover, the member which provided the cavity which stores hydrogen inside was attached in the position which covers the anode 4a so that the hydrogen inside may not leak to the outside, and it was set as the gas storage part 3. In addition, 4 cc of 25 wt% sodium borohydride aqueous solution was used as the reaction solution in the liquid reservoir 1 using an acryl container for the liquid reservoir 1 and the reaction unit 2, and boron hydride in the reaction unit 2 as the reaction solution. An acidic aqueous solution of pH 3 was received to generate hydrogen from sodium. A liquid supply passage 13 was provided between the liquid storage portion 1 and the reaction portion 2, and a check valve was attached to the liquid supply passage 13. In addition, the reaction unit 2 and the gas storage unit 3 were connected to allow gas to flow. The cumulative amount of hydrogen generated under the above conditions is 2.4L. Theoretically, it is possible to take out an electric quantity of 5.7 Ahr.

상기 연료 전지 시스템에서는, 연료 전지는 0.5A 정전류로 10.9시간 발전을 계속할 수 있었다. 이론값에 대한 전류 발생의 효율은 96%였다. 또한, 전류를 다양하게 변화시키면서 연료 전지를 발전한 결과, 전류 발생 효율은 96%이었다. 이 결과는, 본 연료 전지 시스템이 자동적으로, 전력 소비 없이 수소 발생량을 변화시 킨 결과로서, 본 시스템이 다양한 출력에 자동적으로 대응할 수 있음이 명백해졌다.In the fuel cell system, the fuel cell was able to continue generating power for 10.9 hours at a constant current of 0.5 A. The efficiency of current generation against the theoretical value was 96%. Moreover, as a result of generating the fuel cell while varying the current, the current generating efficiency was 96%. This result is evident that the fuel cell system can automatically respond to various outputs as a result of automatically changing the amount of hydrogen generated without power consumption.

제1 비교예로서, 상기 수용액을 혼합하여 수소를 발생시키고, 발생시킨 수소를 연료 전지에 송기한 경우, 0.5A의 정전류로 50분 정도 발전하였다. 그러나 수소 발생 반응이 종료하는 것과 거의 동시에 발전하지 않게 되었다. 전류 발생 효율은 7%이었다. 저효율이었던 것은, 발생한 수소가 연료 전지 외부로 누설하여, 수소량이 부족하였기 때문이다. As a first comparative example, when the aqueous solution was mixed to generate hydrogen, and the generated hydrogen was sent to the fuel cell, the power was generated at a constant current of 0.5 A for about 50 minutes. However, the hydrogen generation reaction was not generated at almost the same time as the termination. The current generation efficiency was 7%. This was because the generated hydrogen leaked to the outside of the fuel cell and the hydrogen amount was insufficient.

제2 비교예로서, 펌프로 수소화붕소나트륨 수용액을 미량씩 반응부(2)에 송액하였다. 펌프의 소비 전력은 100㎽이다. 연료 전지의 발전은 9.5시간 계속되고, 전류 발생 효율 84%이었다. 그러나 펌프에서의 전력 소비에 의해, 실제로 사용 가능한 전력량은 이론값의 50%이었다. 또한, 전류를 다양하게 변화시키면서 연료 전지를 발전한 결과, 전류 발생 효율은 74%이었다. 펌프의 전력 소비량을 고려한 실질 전력량은, 이론값의 40%이었다. 전류 발생 효율이 저하한 원인은, 반응 용액의 토출량이 미량이기 때문에, 펌프의 토출량이 안정하지 않은 것, 펌프를 연료 전지의 출력에 맞추어 동작시키는 것이 곤란한 것이다. 또한 펌프로 전력을 소비하기 때문에 연료 전지의 실효 출력이 저하하는 것이 재차 확인되었다. As a 2nd comparative example, the sodium borohydride aqueous solution was sent to the reaction part 2 little by little by the pump. The power consumption of the pump is 100 kW. Power generation of the fuel cell continued for 9.5 hours, and the current generation efficiency was 84%. However, due to the power consumption in the pump, the actual amount of power available was 50% of the theoretical value. Moreover, as a result of generating the fuel cell while varying the current, the current generating efficiency was 74%. The actual power amount considering the power consumption of the pump was 40% of the theoretical value. The reason why the current generation efficiency is lowered is that the discharge amount of the reaction solution is very small, so that the discharge amount of the pump is not stable, and it is difficult to operate the pump in accordance with the output of the fuel cell. In addition, it was confirmed again that the effective output of the fuel cell was lowered because power was consumed by the pump.

한편, 본 실시예에서는 수소 발생에 관해서 기술하였지만, 산소 발생 반응에서 이용하는 것이 가능하다. 즉 반응부(2)에 이산화망간을 배치하고, 반응 용액에 과산화수소수를 이용함으로써, 산소 발생을 제어할 수 있다. 이 경우에는 기체 저장부(3)는, 발전부(4)의 캐소드(4c)에 산소를 보내기 위한 일시 보관 부위가 된다. On the other hand, although hydrogen generation was described in the present Example, it can use in oxygen generation reaction. That is, by disposing manganese dioxide in the reaction unit 2 and using hydrogen peroxide solution in the reaction solution, oxygen generation can be controlled. In this case, the gas storage part 3 becomes a temporary storage part for sending oxygen to the cathode 4c of the power generation part 4.

(실시형태 2) (Embodiment 2)

본 발명에 의한 연료 전지 시스템의 역지 장치에 가동벽을 이용한 경우의 구성도를, 도 3에 도시한다. 도 3(a)에 반응 용액 이동 정지 시, 도 3(b)에 반응 용액 이동 시의 상태를 도시한다. 액체 저장부(1), 반응부(2), 기체 저장부(3), 발전부의 구성, 및, 기능은 실시예 1과 동일하다. 3 is a configuration diagram when the movable wall is used for the check device of the fuel cell system according to the present invention. The state at the time of reaction solution movement stop in FIG.3 (a) and the reaction solution movement to FIG.3 (b) is shown. The configuration and function of the liquid storage unit 1, the reaction unit 2, the gas storage unit 3, and the power generation unit are the same as those in the first embodiment.

본 실시예에서는, 상기 실시예와 상이한 구조로서, 액체용 공급로(13)에 배치하는 역지 구조에, 제1 가동벽(12)을 이용하였다. 제1 가동벽(12)은, 액체용 공급로(13)에 연결하는 공간 내에 설치되어 있고, 액체용 공급로(13)의 단면적보다 큰 면적을 가지고 있다. 제1 가동벽(12)이 액체 저장부(1) 측으로 이동하였을 때 액체용 공급로(13)를 폐쇄하지만, 반응부(2) 측으로 이동하였을 때 액체용 공급로(13)를 개방한다. 본 구조는 액체 저장부(1)와 반응부(2)의 압력 변화에 따라, 이하와 같이 작용한다. In the present embodiment, the first movable wall 12 is used for the check structure arranged in the supply path 13 for liquids as a structure different from the above embodiment. The 1st movable wall 12 is provided in the space connected to the supply path 13 for liquids, and has an area larger than the cross-sectional area of the supply path 13 for liquids. The liquid supply path 13 is closed when the first movable wall 12 moves to the liquid storage part 1 side, but the liquid supply path 13 is opened when the first movable wall 12 moves to the reaction part 2 side. This structure works as follows according to the pressure change of the liquid storage part 1 and the reaction part 2.

우선, 반응 용액의 이동이 정지하고 있는 도 3(a)의 경우, 반응부(2)가 액체 저장부(1)보다 고압이다. 따라서, 제1 가동벽(12)이 액체 저장부(1) 측으로 이동하고, 액체용 공급로(13)가 폐쇄되고, 반응 용액의 이동이 정지한다. First, in FIG. 3A where the movement of the reaction solution is stopped, the reaction portion 2 is higher than the liquid storage portion 1. Thus, the first movable wall 12 moves to the liquid reservoir 1 side, the liquid supply passage 13 is closed, and the movement of the reaction solution stops.

다음으로, 반응 용액이 이동하는 도 3(b)의 경우, 액체 저장부(1)가 반응부(2)보다 고압이다. 따라서, 제1 가동벽(12)은 반응부(2) 측으로 이동하고, 액체용 공급로(13)가 개방된다. 이와 동시에 액체 저장부(1)가 반응부(2)보다 고압이기 때문에, 반응 용액이 반응부(2)에 공급된다. Next, in FIG. 3 (b) in which the reaction solution moves, the liquid reservoir 1 is higher pressure than the reaction part 2. Therefore, the first movable wall 12 moves to the reaction section 2 side, and the liquid supply passage 13 is opened. At the same time, since the liquid storage unit 1 is higher than the reaction unit 2, the reaction solution is supplied to the reaction unit 2.

또한, 반응 용액이 반응부(2)에서 수소 발생을 일으키면, 상기가 반복된다. In addition, when the reaction solution produces hydrogen in the reaction part 2, the above is repeated.

본 실시예에서는, 반응 용액으로서 염화코발트 수용액을 이용하여, 반응부(2)에 수소화붕소나트륨을 넣어 수소를 발생시키면서, 연료 전지를 운전하였다. 연료 전지의 운전에 따라, 염화코발트 수용액이 반응부(2)로 이동하는 것이 확인되고, 또한, 연료 전지도 연속적으로 운전하였다. In this embodiment, a fuel cell was operated using sodium cobalt chloride as a reaction solution, and sodium hydrogen borohydride was added to the reaction section 2 to generate hydrogen. In accordance with the operation of the fuel cell, it was confirmed that the cobalt chloride aqueous solution moved to the reaction unit 2, and the fuel cell was also continuously operated.

(실시형태 3) (Embodiment 3)

본 발명에 의한 연료 전지 시스템의 역지 장치에 가동벽을 이용한 경우의 구성도를, 도 4에 도시한다. 도 4(a)에 반응 용액 이동 정지 시, 도 4(b)에 반응 용액 이동 시의 상태를 도시한다. 액체 저장부(1), 반응부(2), 기체 저장부(3), 연료 전지의 구성, 및, 기능은 실시예 1과 동일하다. 4 is a configuration diagram when the movable wall is used for the check device of the fuel cell system according to the present invention. The state at the time of reaction solution movement stop in FIG.4 (a) and the reaction solution movement is shown in FIG.4 (b). The configuration and function of the liquid storage unit 1, the reaction unit 2, the gas storage unit 3, and the fuel cell are the same as those in the first embodiment.

본 실시예에서는, 상기 실시예와 상이한 구조로서, 액체용 공급로(13)에 배치하는 역지 구조에, 역지 밸브(11) 및 제1 가동벽(12)을 이용하였다. 역지 밸브(11)는, 액체 저장부(1)로부터 반응부(2)의 방향으로 개방하고, 역 방향으로는 폐지한다. 본 구조는 이하와 같이 작용한다. In this embodiment, as the structure different from the above embodiment, the check valve 11 and the first movable wall 12 are used for the check structure disposed in the supply path 13 for the liquid. The check valve 11 opens from the liquid storage part 1 in the direction of the reaction part 2 and closes in the reverse direction. This structure works as follows.

우선, 반응 용액의 이동이 정지하고 있는 도 4(a)의 경우, 반응부(2)가 액체 저장부(1)보다 고압이다. 따라서, 역지 밸브(11), 제1 가동벽(12)이 가중되지만, 액체 저장부(1) 내는 액체이기 때문에, 제1 가동벽(12)은 이동하지 않는다.First, in FIG. 4A where the movement of the reaction solution is stopped, the reaction portion 2 is higher than the liquid storage portion 1. Therefore, although the check valve 11 and the 1st movable wall 12 are weighted, since the inside of the liquid storage part 1 is a liquid, the 1st movable wall 12 does not move.

다음으로, 반응 용액이 이동하는 도 4(b)의 경우, 반응부(2)가 액체 저장부(1)보다 저압이기 때문에, 제1 가동벽(12)과 액체용 공급로(13)내의 반응 용액이 반응부(2) 측으로 이동하도록 힘이 작용한다. 그러나, 제1 가동벽(12)보다 반응 용액이 이동하는 쪽이 마찰이 작기 때문에, 반응 용액이 반응부(2)에 공급되고, 그 공급량분만큼 액체 저장부(1)의 용적을 저감하는 방향으로 제1 가동벽(12)이 이동한다. Next, in the case of FIG. 4B in which the reaction solution moves, since the reaction part 2 is lower than the liquid storage part 1, the reaction in the first movable wall 12 and the liquid supply passage 13 is performed. The force acts to move the solution to the reaction part 2 side. However, since the frictional direction is smaller in the side where the reaction solution moves than the first movable wall 12, the reaction solution is supplied to the reaction section 2, and the direction in which the volume of the liquid storage section 1 is reduced by the supply amount thereof. The first movable wall 12 moves.

실시예 2와 같이, 염화코발트 수용액이 반응부(2)로 이동하는 것이 확인되고, 또한, 연료 전지도 연속적으로 운전하였다. As in Example 2, it was confirmed that the cobalt chloride aqueous solution moved to the reaction unit 2, and the fuel cell was also continuously operated.

(실시형태 4) (Embodiment 4)

본 발명에 의한 연료 전지 시스템의 역지 장치에 가동벽을 이용한 경우의 구성도를, 도 5에 도시한다. 도 5(a)에 반응 용액 이동 정지 시, 도 5(b)에 반응 용액 이동 시의 상태를 도시한다. 액체 저장부(1), 반응부(2), 기체 저장부(3), 연료 전지의 구성, 및, 기능은 실시예 1과 동일하다. FIG. 5 is a configuration diagram when the movable wall is used for the check device of the fuel cell system according to the present invention. The state at the time of reaction solution movement in FIG. 5 (a) and the reaction solution movement in FIG. 5 (b) is shown. The configuration and function of the liquid storage unit 1, the reaction unit 2, the gas storage unit 3, and the fuel cell are the same as those in the first embodiment.

본 실시예에서는, 상기 실시예와 상이한 구조로서, 제1 가동벽(12)이 액체용 공급로(13)에 수직인 방향으로 슬라이드함으로써, 액체용 공급로(13)를 개폐한다. 제1 가동벽(12)을 이동하기 위해서 다음 구조로 하였다. 액체 저장부(1)와 반응부(2)의 내압을 받아 이동하는 플런저(14)를 액체 저장부(1)와 반응부(2)의 사이에 설치하고, 플런저(14)에 슬라이더(16a), 제1 가동벽(12)에 슬라이더(16b)를 장착하고, 슬라이더(16a)와 슬라이더(16b)가 연동하도록 치차(15)를 설치하였다. 플런저(14)가 움직이면, 슬라이더(16a)는 플런저(14)의 움직임에 맞추어 치차(15)를 회전하고, 그것에 따라 슬라이더(16b)가 슬라이드하여, 그 결과, 제1 가동벽(12)을 이동할 수 있다. In this embodiment, with the structure different from the above embodiment, the first movable wall 12 slides in a direction perpendicular to the liquid supply path 13 to open and close the liquid supply path 13. In order to move the 1st movable wall 12, it was set as the following structure. A plunger 14 which is moved by receiving the internal pressure of the liquid reservoir 1 and the reaction unit 2 is installed between the liquid reservoir 1 and the reaction unit 2, and the slider 16a is attached to the plunger 14. The slider 16b was attached to the 1st movable wall 12, and the gear 15 was provided so that the slider 16a and the slider 16b may cooperate. When the plunger 14 moves, the slider 16a rotates the gear 15 in accordance with the movement of the plunger 14, and the slider 16b slides accordingly, and as a result, the first movable wall 12 is moved. Can be.

반응부(2)가 액체 저장부(1)보다 고압일 때, 플런저(14)는 액체 저장부(1) 측으로 이동하고, 제1 가동벽(12)은 액체용 공급로(13)를 폐쇄한다 (도 5(a)). 따 라서, 반응 용액이 이동하지 않는다. When the reaction section 2 is higher than the liquid reservoir 1, the plunger 14 moves to the liquid reservoir 1 side, and the first movable wall 12 closes the supply passage 13 for the liquid. (FIG. 5 (a)). Thus, the reaction solution does not move.

한편, 반응부(2)가 액체 저장부(1)보다 저압이 되었을 때, 플런저(14)는 반응부(2) 측으로 이동하여, 제1 가동벽(12)이 액체용 공급로(13)를 개방한다(도 5(b)). 그리고, 액체 저장부(1)와 반응부(2)의 차압에 의해, 반응 용액이 액체용 공급로(13)를 통해서, 반응부(2)에 공급되게 된다. On the other hand, when the reaction part 2 becomes lower than the liquid storage part 1, the plunger 14 moves to the reaction part 2 side, and the 1st movable wall 12 opens the supply path 13 for liquids. It opens (FIG. 5 (b)). Then, the pressure difference between the liquid reservoir 1 and the reaction unit 2 causes the reaction solution to be supplied to the reaction unit 2 through the supply path 13 for the liquid.

따라서, 전력 소비 없이, 자동적으로 반응 용액량을 조절하는 연료 전지 시스템을 구축할 수 있었다. Therefore, it was possible to construct a fuel cell system that automatically adjusts the amount of reaction solution without power consumption.

(실시형태 5) (Embodiment 5)

도 6은, 본 발명에 의한 연료 전지 시스템의 액체 저장부의 압력 조절 장치에 역지 밸브를 장착한 경우의 구성도이다. 액체 저장부(1), 반응부(2), 기체 저장부(3), 연료 전지의 구성, 및, 기능은 실시예 1과 같다. 6 is a configuration diagram when the check valve is attached to the pressure regulating device of the liquid storage unit of the fuel cell system according to the present invention. The configuration and function of the liquid storage unit 1, the reaction unit 2, the gas storage unit 3, and the fuel cell are the same as those in the first embodiment.

본 실시예에서는 압력 조절 장치를, 외부 물질 인입구(21)와, 외부 물질 인입구(21)에 설치한 제2 역지 밸브(27)로 구성하였다. 반응 용액이 반응부(2)에 공급되는 것에 의한 액체 저장부(1)의 압력 저하를, 연료 전지 시스템 외부로부터 외부 물질 인입구(21)를 통해서 가스, 액체를 액체 저장부(1)에 인입함으로써 억제하여, 액체 저장부(1) 내압을 일정하게 할 수 있게 되었다.In the present embodiment, the pressure regulating device is composed of an external material inlet 21 and a second check valve 27 provided in the external material inlet 21. The pressure drop of the liquid storage unit 1 caused by the supply of the reaction solution to the reaction unit 2 is introduced into the liquid storage unit 1 through the external material inlet 21 from the outside of the fuel cell system. By suppressing, the internal pressure of the liquid reservoir 1 can be made constant.

구체적으로는, 액체 저장부에 1㏖/L 수산화나트륨 수용액 50mL을, 반응부(2)에 알루미늄의 박편 5g을 수납하였다. 한편, 이들 물질량의 경우 알루미늄이 미반응으로 잔류해버린다. 그래서, 도시하지 않고 있지만 외부 물질 인입구(21)에 1㏖/L 수산화나트륨 수용액을 넣은 용기를 장착하여, 액체 저장부(1)의 압력 저하에 따라, 수산화나트륨 수용액을 액체 저장부(1)로 이동할 수 있도록 하였다. 이에 의해, 액체 저장부(1)에 수산화나트륨 수용액이 계속 보충되기 때문에, 알루미늄의 박편을 모두 용해하여 수소 발생 반응에 이용할 수 있어, 수소 발생 반응이 종료할 때까지 연료 전지를 계속 발전하였다. 이상과 같이, 본 구조에 의해 전력을 소비하는 디바이스를 이용하지 않고, 자동적으로 액체 저장부(1)를 압력 조절할 수 있어, 그 결과 연료 전지를 계속 구동할 수 있었다. 또한 외부 물질로 반응 용액을 이용함으로써, 발전 시간을 연장할 수 있음이 확인되었다.Specifically, 50 mL of 1 mol / L sodium hydroxide aqueous solution was stored in the liquid storage part, and 5 g of aluminum flakes were accommodated in the reaction part 2. On the other hand, in the amount of these substances, aluminum remains unreacted. Thus, although not shown, a container containing 1 mol / L aqueous sodium hydroxide solution is attached to the external material inlet 21, and the aqueous sodium hydroxide solution is transferred to the liquid storage part 1 as the pressure of the liquid storage part 1 decreases. I was able to move. Thereby, since the sodium hydroxide aqueous solution is continuously replenished to the liquid storage part 1, all the aluminum flakes can be melt | dissolved and used for hydrogen generation reaction, and the fuel cell continued to generate power until the hydrogen generation reaction was complete | finished. As described above, the liquid storage unit 1 can be pressure-controlled automatically without using a device that consumes electric power, and as a result, the fuel cell can be continuously driven. It was also confirmed that the power generation time can be extended by using the reaction solution as an external substance.

(실시형태 6) Embodiment 6

도 7은, 본 발명에 의한 연료 전지 시스템의 액체 저장부의 압력 조절 장치에 가동벽을 이용한 경우의 구성도이다. 액체 저장부(1), 반응부(2), 기체 저장부(3), 연료 전지의 구성, 및, 기능은 실시예 1과 동일하다.7 is a configuration diagram when a movable wall is used for the pressure regulating device of the liquid storage unit of the fuel cell system according to the present invention. The configuration and function of the liquid storage unit 1, the reaction unit 2, the gas storage unit 3, and the fuel cell are the same as those in the first embodiment.

본 실시예에서는 압력 조절 장치를, 액체 저장부(1)에 장착한 제2 가동벽(22)으로 하였다. 작용은 이하와 같다. 반응 용액이 액체 저장부(1)로부터 반응부(2)로 이동함에 따라 액체 저장부(1) 내압이 저하하기 때문에, 대기압과 액체 저장부(1) 내압의 차압이 생겨, 제2 가동벽(22)이 액체 저장부의 용적을 저하하는 측으로 이동한다. 이에 의해 액체 저장부(1) 내압은 대기압으로 유지된다. In the present Example, the pressure regulator was made into the 2nd movable wall 22 attached to the liquid storage part 1. As shown in FIG. The action is as follows. As the reaction solution moves from the liquid reservoir 1 to the reactor 2, the internal pressure of the liquid reservoir 1 decreases, so that a pressure difference between the atmospheric pressure and the internal pressure of the liquid reservoir 1 is generated and the second movable wall ( 22) Move to the side which lowers the volume of the liquid reservoir. The internal pressure of the liquid reservoir 1 is thereby maintained at atmospheric pressure.

실제로, 액체 저장부(1) 내에 산성 용액 4mL을, 반응부(2)내에 수소화붕소나트륨 1g을 수납하여 연료 전지를 구동한 바, 자동적으로 반응부(2)에의 산성 용액의 공급량을 조절하여, 액체 저장부(1)내의 산성 용액이 모두 반응부(2)로 이동할 때까지 계속 발전하였다. 발전 시간은 0.5A 정전류로, 10.6시간, 이론값에 대한 전류 발생 효율은 94%이었다. 이상에 의해, 본 구조에 의해 연료 전지의 출력에 맞추어, 자동적으로 반응 용액의 공급량을 제어하여, 반응 용액을 고효율로 발전에 이용할 수 있음이 분명해졌다. In fact, 4 mL of the acidic solution in the liquid reservoir 1 and 1 g of sodium borohydride were stored in the reaction unit 2 to drive the fuel cell, thereby automatically adjusting the supply amount of the acidic solution to the reaction unit 2, Power generation continued until all of the acidic solution in the liquid reservoir 1 moved to the reaction part 2. The power generation time was 0.5A constant current, 10.6 hours, and the current generation efficiency with respect to the theoretical value was 94%. As mentioned above, it became clear that this structure can control supply amount of reaction solution automatically according to the output of a fuel cell, and can use the reaction solution for power generation with high efficiency.

(실시형태 7) (Embodiment 7)

도 8은, 본 발명에 의한 연료 전지 시스템의 액체 저장부의 압력 조절 장치에 가동벽을 이용한 경우의 구성도이다. 액체 저장부(1), 반응부(2), 기체 저장부(3), 연료 전지의 구성, 및, 기능은 실시예 1과 동일하다. 8 is a configuration diagram when a movable wall is used for the pressure regulating device of the liquid storage unit of the fuel cell system according to the present invention. The configuration and function of the liquid storage unit 1, the reaction unit 2, the gas storage unit 3, and the fuel cell are the same as those in the first embodiment.

본 실시예에서는 압력 조절 장치로서 액체 저장부(1)에 장착한 제2 가동벽(22)을 탄성체로 하였다. 반응 용액이 액체 저장부(1)로부터 반응부(2)에 이동함에 따라서 액체 저장부(1) 내압이 저하하기 때문에, 대기압과 액체 저장부(1) 내압의 차압이 발생하여, 제2 가동벽(22)이 액체 저장부(1)의 용적을 저하하는 측으로 휜다. 이에 의해 액체 저장부(1) 내압은 대기압으로 유지된다. In the present embodiment, the second movable wall 22 attached to the liquid reservoir 1 is used as the pressure regulating device. As the reaction solution moves from the liquid reservoir 1 to the reactor 2, the internal pressure of the liquid reservoir 1 decreases, so that a pressure difference between the atmospheric pressure and the internal pressure of the liquid reservoir 1 occurs, and the second movable wall (22) is turned to the side which lowers the volume of the liquid storage part (1). The internal pressure of the liquid reservoir 1 is thereby maintained at atmospheric pressure.

(실시형태 8) Embodiment 8

도 9는, 본 발명에 의한 연료 전지 시스템의 액체 저장부의 압력 조절 장치에 자석을 이용한 경우의 구성도이다. 액체 저장부(1), 반응부(2), 기체 저장부(3), 연료 전지의 구성, 및, 기능은 실시예 1과 동일하다.9 is a configuration diagram when a magnet is used for the pressure regulating device of the liquid storage unit of the fuel cell system according to the present invention. The configuration and function of the liquid storage unit 1, the reaction unit 2, the gas storage unit 3, and the fuel cell are the same as those in the first embodiment.

본 실시예에서는 압력 조절 장치로서 액체 저장부(1)에 장착한 제2 가동벽(22)을 자석으로 움직이는 구조로 하였다. 자세하게는, 우선 제2 가동벽(22)의 액체 저장부(1)에 대향하는 면에 자석(23a)을 설치한다. 또한, 이것과 마주 본 위치에 있는 고정 부위에 자석(23b)을 설치하여, 서로 반발하도록 하였다. 그 결과, 반응 용액이 액체 저장부(1)로부터 반응부(2)로 이동함에 따라 액체 저장부(1) 내압이 저하하지만, 제2 가동벽(22)이 자석(23a, 23b)의 반발력으로 가중되어, 액체 저장부(1)의 용적을 저하하는 측으로 이동한다. 이에 의해 액체 저장부(1) 내압은 자력의 반발력과 동등하게 유지된다.In this embodiment, the second movable wall 22 attached to the liquid reservoir 1 is moved by a magnet as a pressure regulating device. In detail, first, the magnet 23a is provided on the surface of the second movable wall 22 that faces the liquid reservoir 1. Moreover, the magnet 23b was provided in the fixing part located in the position facing this, and it was made to repel each other. As a result, the internal pressure of the liquid reservoir 1 decreases as the reaction solution moves from the liquid reservoir 1 to the reactor 2, but the second movable wall 22 is driven by the repulsive force of the magnets 23a and 23b. It is weighted and moves to the side which lowers the volume of the liquid storage part 1. Thereby, the internal pressure of the liquid reservoir 1 is kept equal to the repulsive force of the magnetic force.

본 구조에서 반응 조건을 실시예 1과 동일하게 하여 연료 전지의 발전을 행한 바, 결과도 실시예 1과 동일하였다. 따라서, 압력 조절 장치로서 자석을 이용하는 것이 유효함이 확인되었다. · In this structure, the reaction conditions were the same as those in Example 1, and the fuel cell was generated. The results were also the same as in Example 1. Therefore, it was confirmed that it is effective to use a magnet as the pressure regulating device. ·

(실시형태 9) (Embodiment 9)

도 1O는, 본 발에 의한 연료 전지 시스템의 액체 저장부의 압력 조절 장치에 모터를 이용한 경우의 구성도이다. 액체 저장부(1), 반응부(2), 기체 저장부(3), 연료 전지의 구성, 및, 기능은 실시예 1과 동일하다. 10 is a configuration diagram when a motor is used for the pressure regulating device of the liquid storage unit of the fuel cell system according to the present invention. The configuration and function of the liquid storage unit 1, the reaction unit 2, the gas storage unit 3, and the fuel cell are the same as those in the first embodiment.

본 실시예에서는 압력 조절 장치로서 액체 저장부(1)에 장착한 제2 가동벽(22)을 모터로 움직이는 구조로 하였다. 자세하게는, 우선 제2 가동벽(22)의 주위의 고정부에 모터(24)를 설치하였다. 또한 제2 가동벽(22)에 슬라이더(26)를 장착하였다. 그리고, 모터(24)의 회전 운동을 슬라이더(26)에 의해 직선 운동으로 변환하여 제2 가동벽(22)을 누르는 구조로 하여, 이에 의해, 액체 저장부(1) 내압을 가압하였다.In this embodiment, the second movable wall 22 attached to the liquid reservoir 1 as a pressure regulating device is configured to move by a motor. In detail, first, the motor 24 was provided in the fixed part around the 2nd movable wall 22. As shown in FIG. In addition, a slider 26 was attached to the second movable wall 22. And the rotational motion of the motor 24 was converted into linear motion by the slider 26, and it was set as the structure which presses the 2nd movable wall 22, and pressurized the internal pressure of the liquid storage part 1 by this.

(실시형태 10)(Embodiment 10)

도 11은, 본 발명에 의한 연료 전지 시스템의 액체 저장부의 압력 조절 장치에 스프링을 이용한 경우의 구성도이다. 액체 저장부(1), 반응부(2), 기체 저장부 (3), 연료 전지의 구성, 및, 기능은 실시예 1과 동일하다. 11 is a configuration diagram when a spring is used for the pressure regulating device of the liquid storage unit of the fuel cell system according to the present invention. The configuration of the liquid storage unit 1, the reaction unit 2, the gas storage unit 3, the fuel cell, and the functions thereof are the same as those in the first embodiment.

본 실시예에서는 압력 조절 장치로서 액체 저장부(1)에 장착한 제2 가동벽(22)을 스프링으로 누르는 구조로 하였다. 자세하게는, 우선 제2 가동벽(22)의 액체 저장부(1)에 대향하는 면에 스프링(25)의 일단을 설치한다. 또한, 이들과 마주 보는 위치에 있는 고정 부위에 스프링(25)의 타단을 설치하여, 제2 가동벽(22)를 누르는 구조로 하였다. 그 결과, 반응 용액이 액체 저장부(1)로부터 반응부(2)로 이동함에 따라 액체 저장부(1) 내압이 저하하지만, 제2 가동벽(22)이 스프링(25)으로 가중되어, 액체 저장부(1)의 용적을 저하하는 측으로 이동한다. 이에 의해 액체 저장부(1) 내압은 스프링 하중과 동등하게 유지된다. In this embodiment, as the pressure regulating device, the second movable wall 22 attached to the liquid reservoir 1 is pressed by a spring. In detail, first, one end of the spring 25 is provided on the surface of the second movable wall 22 that faces the liquid reservoir 1. Moreover, the other end of the spring 25 was provided in the fixed site | part which faces these, and it was set as the structure which presses the 2nd movable wall 22. As shown in FIG. As a result, the internal pressure of the liquid reservoir 1 decreases as the reaction solution moves from the liquid reservoir 1 to the reactor 2, but the second movable wall 22 is weighted by the spring 25, and the liquid It moves to the side which lowers the volume of the storage part 1. The internal pressure of the liquid reservoir 1 is thereby maintained equal to the spring load.

여기서 스프링(25)을 이용한 경우, 후크의 법칙에 의해 스프링의 휨량과 가압력이 상관하기 때문에, 일정한 가압력을 얻는 것은 곤란하다. 그러나, 제2 가동벽(22)의 모든 이동량이, 후크의 법칙이 작용하는 범위 이하이면 충분히 기능을 발휘할 수 있다. 본 실시예에서, 반응 조건을 실시예 1과 동일하게 하여 연료 전지의 발전을 행한 결과, 결과도 실시예 1과 동일하였으므로, 압력 조절 장치로서 스프링을 이용하는 것이 유효함이 확인되었다. In the case where the spring 25 is used here, it is difficult to obtain a constant pressing force because the amount of bending of the spring is correlated with the pressing force by the law of the hook. However, if all the movement amounts of the 2nd movable wall 22 are below the range which the law of a hook acts, it can fully function. In this embodiment, the fuel cell was generated under the same reaction conditions as in Example 1, and as a result, the results were the same as in Example 1, and it was confirmed that the use of a spring as a pressure regulating device is effective.

(실시형태 11)  (Embodiment 11)

도 12는, 본 발명에 의한 연료 전지 시스템의 액체 저장부의 압력 조절 장치로서 가스 유로를 이용한 경우의 구성도이다. 액체 저장부(1), 반응부(2), 기체 저장부(3), 연료 전지의 구성, 및, 기능은 실시예 1과 동일하다. 12 is a configuration diagram when a gas flow path is used as the pressure regulating device of the liquid storage unit of the fuel cell system according to the present invention. The configuration and function of the liquid storage unit 1, the reaction unit 2, the gas storage unit 3, and the fuel cell are the same as those in the first embodiment.

본 실시예에서는, 반응부(2)로부터 액체 저장부(1)로 수소가 이동하도록, 가 스 유로(30)를 설치하였다. 또한 가스 유로(30)에는 감압 장치(31)를 설치하고, 액체 저장부(1)로 이동할 수소의 압력을 0.1㎫로 하였다. 본 장치의 작용을 이하에 설명한다. 여기서, 반응 용액으로서 30wt% 메탄올수용액을 이용하였다. 또한 도시하지 않고 있지만, 반응부(2)에는 동 촉매와 메탄올 수용액의 기화용의 히터를 메탄올 수용액의 유로를 따라서 장착하였다. In this embodiment, a gas flow path 30 is provided so that hydrogen moves from the reaction part 2 to the liquid storage part 1. Moreover, the pressure reduction device 31 was provided in the gas flow path 30, and the pressure of hydrogen which moves to the liquid storage part 1 was 0.1 Mpa. The operation of the apparatus will be described below. Here, 30 wt% aqueous methanol solution was used as the reaction solution. In addition, although not shown, the reaction part 2 was equipped with the heater for vaporization of the copper catalyst and aqueous methanol solution along the flow path of aqueous methanol solution.

우선 메탄올 수용액이 반응부(2)에 공급되어 수소 발생하기 시작한 당초에는, 반응부(2)의 압력이 높아지고, 반대로 메탄올 수용액의 이동에 의해 액체 저장부(1) 내압이 감소하였다. 그 때문에 가스 유로(30)를 통하여, 반응부(2)로부터 액체 저장부(1)에 수소가 공급된다. 단, 감압 장치(31)가 있기 때문에, 액체 저장부(1)의 내압이 0.1㎫에 도달하면 수소는 이제 공급되지 않게 되었다. At first, when methanol aqueous solution was supplied to the reaction part 2 and hydrogen started to generate | occur | produce, the pressure of the reaction part 2 became high, and conversely, the internal pressure of the liquid storage part 1 decreased by the movement of methanol aqueous solution. Therefore, hydrogen is supplied from the reaction part 2 to the liquid storage part 1 via the gas flow path 30. However, since the decompression device 31 is present, hydrogen is no longer supplied when the internal pressure of the liquid storage unit 1 reaches 0.1 MPa.

다음으로 연료 전지에서의 수소 소비가 진행되어, 반응부(2)의 내압이 0.1㎫를 하회하면, 액체용 공급로(13)를 통하여 메탄올 수용액이 반응부(2)에 공급되었다. 그 후 상기가 반복되었다. 이상과 같이, 본 구조가 자동적으로 반응 용액의 공급량을 제어하여, 연료 전지를 연속 운전하였음이 확인되었다.  Next, when hydrogen consumption in a fuel cell progressed and the internal pressure of the reaction part 2 was less than 0.1 Mpa, the aqueous methanol solution was supplied to the reaction part 2 via the liquid supply passage 13. The above was then repeated. As described above, it was confirmed that the present structure automatically controlled the supply amount of the reaction solution to continuously operate the fuel cell.

(실시형태 12) (Twelfth Embodiment)

도 13은, 본 발명에 의한 연료 전지 시스템의 액체 저장부의 압력 조절 장치로서 가스 유로를 이용한 경우의 구성도이다. 액체 저장부(1), 반응부(2), 기체 저장부(3), 연료 전지의 구성, 및, 기능은 실시예 1과 동일하다. 13 is a configuration diagram when a gas flow path is used as the pressure regulating device of the liquid storage unit of the fuel cell system according to the present invention. The configuration and function of the liquid storage unit 1, the reaction unit 2, the gas storage unit 3, and the fuel cell are the same as those in the first embodiment.

본 실시예에서는, 액체 저장부(1)와 반응부(2)의 사이의 액체용 유로를 액 투과막(32a)으로 하고, 가스 유로(30)를 가스 투과막(32b)으로 하였다. 가스 투과 막(32b)은 압력 손실이 크고, 실시예 11의 감압 장치(31)와 동일한 기능을 발현하기 때문에, 본 구조에서도 실시예 11과 동일한 효과를 발생하는 것이 확인되었다. In this embodiment, the liquid flow path between the liquid storage part 1 and the reaction part 2 is used as the liquid permeable membrane 32a, and the gas flow path 30 is used as the gas permeable membrane 32b. Since the gas permeable membrane 32b has a large pressure loss and expresses the same function as the pressure reduction device 31 of Example 11, it was confirmed that the same effect as Example 11 was produced also in this structure.

(실시형태 13) (Embodiment 13)

본 발명에 의한 연료 전지 시스템의 기체 저장부의 압력 변화에 의해 반응 용액량을 제어하는 경우의 구성도를, 도 14(a), 14(b)에 도시한다. 도 14(a)에 반응 용액 이동 정지 시, 도 14(b)에 반응 용액이 반응부로 이동하였을 때의 상태를 도시한다. 액체 저장부(1)는, 수소를 발생하기 위한 반응 용액을 저장하는 부위이다. 반응 용액은, 격납부(33)에 일단 수납된 후, 반응부(2)에 공급된다. 반응부(2)는, 내부에 반응 용액과 접하여 수소를 발생시킬 수 있는 반응물을 구비하고, 반응 용액이 반응부(2)에 공급되면 수소를 발생하는 부위이다. 발생한 수소는 기체 저장부(3)에 공급된다. 기체 저장부(3)는, 반응부(2)로부터 공급된 수소를 일시적으로 저장하는 부위이다. 연료 전지는, 애노드(4a), 고체 고분자 전해질막(4b), 캐소드(4c)로 이루어져 있고, 기체 저장부(3)의 수소는 애노드(4a)에서 전기 화학적으로 산화되어, 발전된다. 14 (a) and 14 (b) show a configuration diagram when the amount of the reaction solution is controlled by the pressure change of the gas storage unit of the fuel cell system according to the present invention. 14 (a) shows a state when the reaction solution is moved to the reaction unit in FIG. 14 (b) when the movement of the reaction solution is stopped. The liquid storage part 1 is a site | part which stores the reaction solution for generating hydrogen. The reaction solution is once stored in the storage unit 33 and then supplied to the reaction unit 2. The reaction part 2 is equipped with the reactant which can generate hydrogen by contacting a reaction solution inside, and is a site | part which generate | occur | produces hydrogen when a reaction solution is supplied to the reaction part 2. The generated hydrogen is supplied to the gas reservoir 3. The gas storage unit 3 is a site for temporarily storing hydrogen supplied from the reaction unit 2. The fuel cell is composed of an anode 4a, a solid polymer electrolyte membrane 4b, and a cathode 4c. Hydrogen in the gas storage part 3 is electrochemically oxidized at the anode 4a to generate electricity.

본 실시예에서는, 격납부(33)를 이동하기 위해서, 격납부 이동 기구를 가지고 있다. 격납부 이동 기구에는, 제3 가동벽(34)을 이용하여, 제3 가동벽(34)의 한 쪽의 면을 기체 저장부(3)의 압력으로 가압하고, 이것과 대향하는 면을 가압 수단(35)에 의해 가압하였다. 가압 수단(35)은, 본 실시예에서는 스프링을 이용하였다. 또한, 제3 가동벽(34)과 격납부(33)가 연동하도록, 연결부(36)를 양자에 장착하였다. 또, 여기에서는 실린더 형상의 용기 내를 제3 가동벽(34)이 이동함으로 써, 기체 저장부(3)로부터 수소가 누설하는 것을 방지하였다.In this embodiment, in order to move the storage part 33, it has the storage part moving mechanism. In the containment moving mechanism, one surface of the third movable wall 34 is pressurized by the pressure of the gas storage unit 3 using the third movable wall 34, and the surface opposite to this is pressurized means. Pressurized by (35). In the present embodiment, the pressing means 35 used a spring. Moreover, the connection part 36 was attached to both so that the 3rd movable wall 34 and the storage part 33 may cooperate. In this case, the third movable wall 34 moves in the cylindrical container to prevent the hydrogen from leaking from the gas storage part 3.

또한, 반응 용액이 반응부(2) 내로 이동하는 것을 촉진하기 위해서, 반응부(2)내의 격납부(33)의 개구부(38)가 도달하는 부위에, 다공질 부재(37)를 설치하였다. 다공질 부재(37)는, 모관 현상에 의해 반응 용액을 격납부(33)까지 빨아올리는 기능이 있다. In addition, in order to promote the movement of the reaction solution into the reaction part 2, the porous member 37 is provided at the site where the opening part 38 of the storage part 33 in the reaction part 2 reaches. The porous member 37 has a function of sucking up the reaction solution to the storage part 33 by capillary phenomenon.

이상의 반응 용액을 이동시키는 기구의 작용을 설명한다. 우선 기체 저장부(3)에 수소가 충분히 존재하여 내압이 높은 경우, 제3 가동벽(34)은 가압 수단(35) 측에 밀어넣어져 있고, 연결부(36)에 의해, 제3 가동벽(34)의 위치에 대응하여 격납부(33)의 개구부(38)의 위치가 액체 저장부(1)와 합치한다. 또한, 차단부(39a)가 격납부(33)와 반응부(2)를 차단한다. 따라서 격납부(33) 내로 반응 용액이 침입하여, 격납된다.The effect | action of the mechanism which moves the above reaction solution is demonstrated. First, when hydrogen is sufficiently present in the gas storage part 3 and the internal pressure is high, the third movable wall 34 is pushed to the pressurizing means 35 side, and by the connecting portion 36, the third movable wall ( Corresponding to the position of 34, the position of the opening 38 of the containment portion 33 coincides with the liquid reservoir 1. In addition, the blocking unit 39a blocks the storage unit 33 and the reaction unit 2. Therefore, the reaction solution penetrates into the storage part 33 and is stored.

다음으로, 연료 전지의 애노드(4a)에 의해 수소가 소비되어, 기체 저장부(3)의 내압이 가압 수단(35)의 가중보다 저하한 경우, 제3 가동벽(34)이 기체 저장부(3) 측으로 눌린다. 그것에 따라, 연결부(36)에 의해 격납부(33)가 이동하여, 개구부(38)의 위치가 반응부(2)와 합치하게 된다. 또한, 차단부(39b)가 격납부(33)와 액체 저장부(1)를 차단한다. 이에 의해, 우선 격납부(33) 내의 반응 용액은 반응부(2)내의 다공질 부재(37)에 침윤하여, 반응부(2) 내로 이동할 수 있다.Next, when hydrogen is consumed by the anode 4a of the fuel cell, and the internal pressure of the gas storage part 3 is lower than the weighting of the pressurizing means 35, the third movable wall 34 is the gas storage part ( 3) Pressed to the side. Thereby, the storage part 33 moves by the connection part 36, and the position of the opening part 38 will match with the reaction part 2. As shown in FIG. In addition, the blocking portion 39b blocks the storage portion 33 and the liquid storage portion 1. Thereby, first, the reaction solution in the containment part 33 can infiltrate into the porous member 37 in the reaction part 2, and can move into the reaction part 2.

본 실시예에서는, 반응 용액을 수산화나트륨 수용액으로 하고, 반응부 내에 입상의 아연을 구비하였다. 도시하지 않고 있으나, 양자의 반응이 심하기 때문에, 반응 생성물이 기체 저장부(3)로 이동하지 않도록 하기 위해서 반응부(2)와 기체 저장부(3)의 사이에 수소 투과막을 설치하였다. 이 수소 투과막에 의해, 반응부(2)와 기체 저장부(3)의 내압 변화의 응답성이 좋지 않다. 그러나, 기체 저장부(3)의 수소가 소비되어 내압이 저하한 경우에, 격납부(33)가 제3 격벽(34)에 연동하여 움직여, 수산화나트륨 수용액이 반응부(2)에 공급되었다. 그 결과, 반응부(2)에서 수소가 발생하여, 기체 저장부(3)의 수소압의 증가와 연료 전지의 연속 운전이 확인되었다. In the present Example, the reaction solution was made into the sodium hydroxide aqueous solution, and granular zinc was provided in the reaction part. Although not shown, since both reactions are severe, a hydrogen permeable membrane was provided between the reaction section 2 and the gas storage section 3 in order to prevent the reaction product from moving to the gas storage section 3. By this hydrogen permeable membrane, the responsiveness of the breakdown pressure change of the reaction part 2 and the gas storage part 3 is not good. However, when hydrogen in the gas storage part 3 was consumed and the internal pressure fell, the storage part 33 moved in conjunction with the 3rd partition 34, and the sodium hydroxide aqueous solution was supplied to the reaction part 2. As shown in FIG. As a result, hydrogen was generated in the reaction section 2, and the increase in the hydrogen pressure of the gas storage section 3 and the continuous operation of the fuel cell were confirmed.

(실시형태 14) (Embodiment 14)

본 발명에 의한 연료 전지 시스템의 기체 저장부의 압력 변화에 의해 반응 용액량을 제어하는 경우의 구성도를, 도 15에 도시한다. 도 15(a)에 반응 용액 이동 정지 시, 도 15(b)에 반응 용액이 반응부로 이동하였을 때의 상태를 도시한다. 액체 저장부(1), 반응부(2), 기체 저장부(3),발전부의 구성, 및, 기능은 실시예 13과 동일하다. 또한, 본 실시예에서는, 제3 가동벽(34)을 액체 저장부(1)와 기체 저장부(3)를 연결하여 형성된 실린더 내를 이동한다. 또한, 제3 가동벽(34)과 격납부(33)를 일체화하였다.15 is a configuration diagram when the amount of the reaction solution is controlled by the pressure change of the gas storage unit of the fuel cell system according to the present invention. 15 (a) shows a state when the reaction solution moves to the reaction part in FIG. 15 (b) when the movement of the reaction solution stops. The configuration and function of the liquid storage unit 1, the reaction unit 2, the gas storage unit 3, and the power generation unit are the same as those in the thirteenth embodiment. In addition, in the present embodiment, the third movable wall 34 moves in the cylinder formed by connecting the liquid reservoir 1 and the gas reservoir 3. Moreover, the 3rd movable wall 34 and the storage part 33 were integrated.

격납부(33)에는 개구부(38)가 있고, 개구부(38)의 위치는 액체 저장부(1) 또는 반응부(2)와 합치하여, 이 2개의 부위와 반응 용액의 교환을 한다. 자세하게는, 기체 저장부(3)가 액체 저장부(1) 내압보다 높을 때, 제3 가동벽(34)과 격납부(33)는 액체 저장부(1) 측으로 눌러져, 개구부(38)의 위치가 액체 저장부(1)와 합치한다. 또한, 차단부(39a)가 격납부(33)와 반응부(2)를 차단한다. 따라서 격납부(33)내에 반응 용액이 격납된다. 한편, 수소가 소비되어 기체 저장부(3)가 액체 저장부(1)보다 내압이 낮아지면, 제3 가동벽(34)은 기체 저장부(3) 측으로 이동하고, 이에 따라 격납부(33)는 차단부(39b)에 의해 액체 저장부(1)와 차단되어, 반응부(2)와 개구부(38)가 면하게 된다. 반응부(2)에는 반응 용액의 이동을 촉진하기 위해서 다공질 부재(37)를 배치하였다. 따라서, 격납부(33) 내의 반응 용액을 반응부(2)에 이동하는 것이 가능해진다.The containment part 33 has an opening part 38, and the position of the opening part 38 matches with the liquid storage part 1 or the reaction part 2, and exchanges these two sites and reaction solution. Specifically, when the gas reservoir 3 is higher than the internal pressure of the liquid reservoir 1, the third movable wall 34 and the containment 33 are pressed toward the liquid reservoir 1 side, whereby the position of the opening 38 is located. Coincides with the liquid reservoir 1. In addition, the blocking unit 39a blocks the storage unit 33 and the reaction unit 2. Therefore, the reaction solution is stored in the storage part 33. On the other hand, when hydrogen is consumed and the gas storage part 3 has a lower internal pressure than the liquid storage part 1, the third movable wall 34 moves to the gas storage part 3 side, whereby the containment part 33 Is blocked from the liquid reservoir 1 by the blocking portion 39b so that the reaction portion 2 and the opening 38 face each other. In the reaction section 2, a porous member 37 is disposed to promote the movement of the reaction solution. Therefore, it becomes possible to move the reaction solution in the storage part 33 to the reaction part 2.

본 실시예에서는, 실시예 13과 같이 수산화나트륨 수용액과 아연을 이용하여, 그 반응 용액의 이동과 연료 전지의 운전을 연속하여 행할 수 있는지의 여부를 평가하였다. 그 결과, 자동적으로 반응 용액을 이동하여, 연료 전지를 계속 운전할 수 있다는 것이 확인되었다. In the present Example, it evaluated whether the movement of the reaction solution and the operation of a fuel cell can be performed continuously using sodium hydroxide aqueous solution and zinc like Example 13. As a result, it was confirmed that the reaction solution can be moved automatically so that the fuel cell can continue to operate.

(실시형태 15) : (Embodiment 15)

본 발명에 의한 연료 전지 시스템의 반응 부위의 면적을 가변으로 하여 반응 가스 발생량을 제어하는 경우의 구성도를, 도 16에 도시한다. 도 16(a)에 수소 발생 반응 정지 시, 도 16(b)에 수소 발생 시의 상태를 도시한다. 연료 전지는, 애노드(4a), 고체 고분자 전해질막(4b), 캐소드(4c)로 이루어져 있고, 기체 저장부(3)의 수소는 애노드(4a)에서 전기 화학적으로 산화되어, 발전된다. 액체 저장부(1)는, 수소를 발생하기 위한 반응 용액을 저장하는 부위이다. 또한 기체 저장부(3)는 수소를 일시적으로 저장하여, 연료 전지의 애노드(4a)로 보내는 부위이다. 반응 부재(40)는, 액체 저장부(1)의 저면에 설치되어 있, 반응 용액과 접촉함으로써 수소를 발생하는 재료이다. 반응 용액과 반응 부재(40)의 접촉 면적을 가변으로 하기 위해서, 반응 부위(40)의 상부에 이동 가능한 격벽(41)을 설치하였다. 격 벽(41)에는 관통 구멍(43)을 형성하여, 반응 부재(40)와 반응 용액이 접촉하여, 수소를 발생시킬 수 있게 하였다. 또한 액제 저장부(1)내에 발생한 수소를 기체 저장부(3)로 공급하기 위해서 연결관(42)이 설치되어 있다. 16 is a configuration diagram in the case where the reaction gas generation amount is controlled by varying the area of the reaction site of the fuel cell system according to the present invention. The state at the time of hydrogen generation at FIG. 16 (b) is shown in FIG. 16 (a). The fuel cell is composed of an anode 4a, a solid polymer electrolyte membrane 4b, and a cathode 4c. Hydrogen in the gas storage part 3 is electrochemically oxidized at the anode 4a to generate electricity. The liquid storage part 1 is a site | part which stores the reaction solution for generating hydrogen. In addition, the gas storage part 3 is a part which temporarily stores hydrogen and sends it to the anode 4a of a fuel cell. The reaction member 40 is provided on the bottom face of the liquid storage part 1 and is a material which generates hydrogen by contact with the reaction solution. In order to make the contact area of the reaction solution and the reaction member 40 variable, a partition 41 that is movable is provided on the upper portion of the reaction site 40. A through hole 43 is formed in the partition wall 41 so that the reaction member 40 and the reaction solution come into contact with each other to generate hydrogen. In addition, a connection pipe 42 is provided to supply hydrogen generated in the liquid storage unit 1 to the gas storage unit 3.

격벽(41)의 슬라이드는, 기체 저장부(3)의 압력과 가압 장치(44)의 압력의 차로 행하여진다. 즉, 기체 저장부(3)에 수소가 충분히 존재하여 내압이 높을 때, 격벽(41)의 관통 구멍(43)은 반응 부재(40)와 접하지 않는 위치에 있다. 그러나, 기체 저장부(3)의 수소가 소비되어, 내압이 가압 장치(44)의 압력을 하회하였을 때, 격벽(41)이 이동하여 관통 구멍(43)의 위치가 반응 부재(40)와 겹쳐, 반응 용액이 관통 구멍(43)을 통해서 반응 부재(40)에 공급되어, 수소가 발생한다. The slide of the partition 41 is performed by the difference between the pressure of the gas storage part 3 and the pressure of the pressurizing device 44. That is, when hydrogen is sufficiently present in the gas storage part 3 and the internal pressure is high, the through hole 43 of the partition 41 is in a position not in contact with the reaction member 40. However, when hydrogen in the gas storage part 3 is consumed and the internal pressure is lower than the pressure of the pressurizing device 44, the partition 41 moves so that the position of the through hole 43 overlaps with the reaction member 40. The reaction solution is supplied to the reaction member 40 through the through hole 43 to generate hydrogen.

본 실시예에서는, 반응 부재(40)로 마그네슘을 이용하고, 반응 용액으로 황산 수용액을 이용하였다. 연료 전지의 출력이나 수소 발생 반응에 따라서 반응 부재(40)의 위치가 변화하여, 자동적으로 수소 발생 반응의 진행과 정지가 반복됨이 확인되었다. In this embodiment, magnesium is used as the reaction member 40 and sulfuric acid aqueous solution is used as the reaction solution. It was confirmed that the position of the reaction member 40 changes in accordance with the output of the fuel cell or the hydrogen generating reaction, and the progress and stop of the hydrogen generating reaction are automatically repeated.

(실시형태 16) Embodiment 16

본 발명에 의한 연료 전지 시스템의 반응 부위의 면적을 가변으로 하여 반응 가스 발생량을 제어하는 경우의 구성도를, 도 17에 도시한다. 도 17(a)에 수소 발생 반응 정지 시, 도 17(b)에 수소 발생 시의 상태를 도시한다. 액체 저장부(1), 반응부(2), 기체 저장부(3), 발전부의 구성, 및 기능은 실시예 15와 동일하다. 한편, 본 실시예에서는 격벽(41)은 고정이고, 반응 부재(40)가 이동한다. 반응 부재(40) 중, 가압 장치(44)와 접하는 부위와 기체 저장부(3)가 접하는 부위에는, 반응 을 일으키지 않는 비 반응 부재(45)를 설치하였다. 실시예 15와 마찬가지로, 반응 부재(40)가 이동하여, 관통 구멍(43)과 위치가 합치한 경우, 수소를 발생시킬 수 있다. 반응 부재(40)의 이동은, 기체 저장부(3)의 수소압에 의한 것이기 때문에, 이는 연료 전지의 운전 상황과 대응하고 있다. 17 is a configuration diagram in the case where the reaction gas generation amount is controlled by varying the area of the reaction site of the fuel cell system according to the present invention. The state at the time of hydrogen generation at FIG. 17 (b) is shown in FIG. 17 (a). The configuration and function of the liquid storage unit 1, the reaction unit 2, the gas storage unit 3, and the power generation unit are the same as those in the fifteenth embodiment. On the other hand, in this embodiment, the partition 41 is fixed and the reaction member 40 moves. The non-reaction member 45 which does not cause reaction was provided in the site | part which contact | connects the pressurizing apparatus 44 and the gas storage part 3 among the reaction member 40. As in the fifteenth embodiment, when the reaction member 40 moves, and the position coincides with the through hole 43, hydrogen can be generated. Since the movement of the reaction member 40 is caused by the hydrogen pressure of the gas storage part 3, this corresponds to the operating situation of the fuel cell.

본 실시예에서는, 반응 용액에 수소화붕소나트륨 수용액, 반응 부재(40)에 루테늄 촉매를 담지한 니켈망을 사용하였다. 연료 전지의 출력이나 수소 발생 반응에 따라서 반응 부재(40)의 위치가 변화하고, 자동적으로 수소 발생 반응의 진행과 정지가 반복됨이 확인되었다.In this embodiment, a nickel network in which an aqueous solution of sodium borohydride is added to the reaction solution and a ruthenium catalyst is supported on the reaction member 40 is used. It was confirmed that the position of the reaction member 40 changes in accordance with the output of the fuel cell and the hydrogen generating reaction, and the progress and stop of the hydrogen generating reaction are automatically repeated.

(실시형태 17) · (17th Embodiment)

도 18은, 본 발명에 의한 연료 전지 시스템의 가스 저장 탱크를 이용한 경우의 구성도이다. 수소는, 저장 탱크(50)로부터 저장 탱크(50)에 접속된 가스관(52)의 내부를 지나, 감압 수단(51)을 통과한 후 기체 저장부(3)에 도달한다. 수소는, 그 후, 기체 저장부(3)에서 일단이 저장된 후 연료 전지의 애노드(4a)에 보내어져, 발전에 이용된다. 그 때 수소는, 연료 전지 반응에 이용될 뿐이며, 연료 전지 시스템의 외부로 누설하는 일은 없다. 따라서 기체 저장부(3)의 내압은, 연료 전지에서의 수소 소비와, 감압 수단(51)으로부터의 수소의 공급으로 결정되는 인자이다.18 is a configuration diagram when a gas storage tank of the fuel cell system according to the present invention is used. The hydrogen passes through the interior of the gas pipe 52 connected to the storage tank 50 from the storage tank 50, passes through the decompression means 51, and reaches the gas storage part 3. Hydrogen is then stored in the gas storage section 3 and then sent to the anode 4a of the fuel cell for use in power generation. At that time, hydrogen is only used for the fuel cell reaction and does not leak outside of the fuel cell system. Therefore, the internal pressure of the gas storage part 3 is a factor determined by the hydrogen consumption in the fuel cell and the supply of hydrogen from the decompression means 51.

구체적으로는, 감압 수단(51)에 레귤레이터를 이용하여, 출력할 수소압을 0.1㎫로 조절하였다. 연료 전지를 운전함으로써, 기체 저장부(3) 내압이 0.1㎫를 하회하였을 때, 레귤레이터로부터 수소가 공급되어, 0.1㎫로 압력 조절되었다. 이 상에 의해, 전력을 이용하지 않고, 수소 압력을 자동적으로 조절하여 연료 전지의 안정한 조건을 창출할 수 있음이 명백해졌다.Specifically, the regulator was used for the pressure reduction means 51, and the hydrogen pressure to output was adjusted to 0.1 Mpa. By operating the fuel cell, when the internal pressure of the gas storage unit 3 was less than 0.1 MPa, hydrogen was supplied from the regulator, and the pressure was adjusted to 0.1 MPa. This makes it clear that it is possible to create stable conditions of the fuel cell by automatically adjusting the hydrogen pressure without using power.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 연료 전지에 의하면, 연료 전지의 출력 전력을 직접 검출하지 않고, 연료 전지의 구동 상황에 맞추어 반응 용액의 공급량을 제어할 수 있게 된다. 그 때문에, 제어에 관한 전기적인 처리 및 전자 부품을 구비할 필요가 없어진다. 따라서 소비 에너지의 감소가 가능하게 되고, 부품 점수의 감소에 의해서 경량화할 수 있는 동시에 제조 비용을 저감할 수 있다.As described above, according to the fuel cell of the present invention, the supply amount of the reaction solution can be controlled according to the driving situation of the fuel cell without directly detecting the output power of the fuel cell. Therefore, there is no need to provide electrical processing and electronic components related to the control. Therefore, the energy consumption can be reduced, the weight can be reduced by reducing the number of parts, and the manufacturing cost can be reduced.

Claims (29)

반응 용액을 저장하는 액체 저장부와,A liquid reservoir for storing the reaction solution; 상기 액체 저장부로부터 공급되는 상기 반응 용액으로부터 반응 가스를 생성시키는 반응부와,A reaction unit for generating a reaction gas from the reaction solution supplied from the liquid storage unit, 상기 반응부로부터 공급되는 상기 반응 가스를 저장하는 기체 저장부와,A gas storage unit storing the reaction gas supplied from the reaction unit; 고체 고분자 전해질막에 접합하여 배치되는 전극을 가지고, 상기 기체 저장부로부터 공급되는 상기 반응 가스를 연료로 하여 발전하는 연료 전지와,A fuel cell having electrodes arranged to be bonded to a solid polymer electrolyte membrane and generating power using the reaction gas supplied from the gas storage unit as a fuel; 상기 액체 저장부의 압력이 상기 반응부의 압력보다도 큰 경우, 상기 반응 용액을 상기 액체 저장부로부터 상기 반응부에 공급하고, 상기 액체 저장부의 압력이 상기 반응부의 압력보다도 작은 경우, 상기 반응 용액의 공급을 정지하는 반응 용액 공급량 조정 수단을 구비하여 이루어지고,When the pressure of the liquid reservoir is greater than the pressure of the reaction zone, the reaction solution is supplied from the liquid reservoir to the reaction zone, and when the pressure of the liquid reservoir is smaller than the pressure of the reaction zone, supply of the reaction solution is performed. It is provided with the reaction solution supply amount adjustment means which stops, 상기 반응 용액 공급량 조정 수단이, 상기 액체 저장부로부터 상기 반응부에 상기 반응 가스를 공급하는 액체용 공급로에 설치되고, 상기 반응 용액이 역류하는 것, 또는 상기 반응 가스가 유입하는 것을 방지하는 역지 장치로 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.The reaction solution supply amount adjusting means is provided in a liquid supply path for supplying the reaction gas from the liquid storage part to the reaction part, and checks that the reaction solution flows backward or prevents the reaction gas from flowing in. A fuel cell system, characterized in that it is formed of a device. 제1항에 있어서, 상기 반응 용액의 공급에 의해 상기 액체 저장부의 내압이 저하하는 경우, 상기 액체 저장부에 가압을 하는 압력 조절 장치를 가지는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.The fuel cell system according to claim 1, further comprising a pressure regulating device that pressurizes the liquid storage part when the internal pressure of the liquid storage part decreases due to the supply of the reaction solution. 삭제delete 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 역지 장치가 상기 액체용 공급로를 개폐하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.The fuel cell system according to claim 1 or 2, wherein the check device opens and closes the supply path for the liquid. 제1항에 있어서, 상기 역지 장치가, 상기 반응부로부터 상기 액체 저장부로의 물질의 흐름을 저해하는 역지 밸브인 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.The fuel cell system according to claim 1, wherein the check device is a check valve that inhibits the flow of a substance from the reaction part to the liquid storage part. 제1항에 있어서, 상기 역지 장치가, 상기 액체 저장부와 상기 반응부의 사이에 개재하는 제1 가동벽이고, 상기 반응 가스 발생에 의해 상기 반응부의 압력이 올라간 경우, 상기 반응부의 압력의 힘에 의해 상기 가동벽을 상기 액체용 공급로를 닫는 방향으로 이동하여, 상기 액체용 유로를 폐쇄하고, 상기 반응 가스의 소비에 의해 상기 반응부의 압력이 내려간 경우, 상기 가동벽을 상기 액체용 공급로를 여는 방향으로 이동시켜, 상기 액체용 유로를 개방하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.The said check apparatus is a 1st movable wall interposed between the said liquid storage part and the said reaction part, When the pressure of the said reaction part rises by generation | occurrence | production of the said reaction gas, the force of the pressure of the said reaction part is Move the movable wall in the direction of closing the liquid supply passage to close the liquid flow passage, and when the pressure of the reaction portion decreases due to the consumption of the reaction gas, the movable wall is moved to the liquid supply passage. A fuel cell system characterized by moving in the opening direction to open the liquid flow path. 제2항에 있어서, 상기 압력 조절 장치가, 외부 물질 인입구를 가지고, 상기 액체 저장부 내에 일 방향으로 외부 물질을 공급하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.3. The fuel cell system according to claim 2, wherein the pressure regulating device has an external material inlet and supplies the external material in one direction in the liquid reservoir. 제7항에 있어서, 상기 압력 조절 장치가, 상기 액체 저장부로부터 상기 연료 전지의 외부로의 물질의 흐름을 저해하는 역지 밸브를 가지는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.8. A fuel cell system according to claim 7, wherein said pressure regulating device has a check valve that inhibits the flow of a substance from said liquid reservoir to the outside of said fuel cell. 제7항에 있어서, 상기 압력 조절 장치가, 상기 연료 전지의 외부로부터 액체 또는 기체를 공급하는 펌프 또는 팬을 가지는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.The fuel cell system according to claim 7, wherein the pressure regulating device has a pump or a fan for supplying liquid or gas from the outside of the fuel cell. 제1항 또는 제2항에 있어서, 대기압 또는 모터의 구동력 또는 자력 또는 스프링에 의한 상기 액체 저장부 외부의 힘을 받아 가동하는 제2 가동벽을 상기 액체 저장부에 가지고, 상기 액체 저장부의 내압을 일정하게 하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.The liquid storage part according to claim 1 or 2, wherein the liquid storage part has a second movable wall which is operated by atmospheric pressure or a driving force of a motor or a magnetic force or a force external to the liquid storage part by a spring. A fuel cell system characterized by constant. 제10항에 있어서, 상기 제2 가동벽의 상기 액체 저장부 내부의 면과 대향하는 면이, 대기로 통하고 있는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.The fuel cell system according to claim 10, wherein a surface of the second movable wall that faces an inner surface of the liquid storage portion communicates with the atmosphere. 제11항에 있어서, 상기 제2 가동벽이 탄성체인 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.12. A fuel cell system in accordance with claim 11, wherein said second movable wall is an elastic body. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 압력 조절 장치가, 상기 액체 저장부와 상기 반응부의 사이에 설치한, 상기 반응 가스가 이동하는 가스 유로인 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.The fuel cell system according to claim 1 or 2, wherein the pressure regulating device is a gas flow path in which the reaction gas moves between the liquid storage part and the reaction part. 제13항에 있어서, 상기 가스 유로에 감압 장치를 가지고, 상기 감압 장치가 상기 반응부로부터 상기 액체 저장부에 유입하는 반응 가스의 압력을 소정의 압력으로 감압하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.The fuel cell system according to claim 13, further comprising a decompression device in the gas flow path, wherein the decompression device depressurizes the pressure of the reaction gas flowing from the reaction part into the liquid storage part to a predetermined pressure. 제13항에 있어서, 상기 액체용 공급로의 관 직경이, 상기 가스 유로관 직경보다 큰 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.The fuel cell system according to claim 13, wherein a pipe diameter of the supply path for the liquid is larger than a diameter of the gas flow path pipe. 제13항에 있어서, 상기 액체용 공급로가 친수성을 가지는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.The fuel cell system according to claim 13, wherein the liquid supply passage has hydrophilicity. 제13항에 있어서, 상기 가스 유로가 소수성을 가지는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.The fuel cell system according to claim 13, wherein the gas flow path has hydrophobicity. 제13항에 있어서, 상기 액체용 공급로 및 상기 가스 유로가, 각각 액체 및 기체를 투과하는 막 또는 다공질 부재인 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.The fuel cell system according to claim 13, wherein the liquid supply passage and the gas flow passage are each a membrane or a porous member that permeates a liquid and a gas, respectively. 반응 용액을 저장하는 액체 저장부와,A liquid reservoir for storing the reaction solution; 상기 액체 저장부로부터 공급되는 상기 반응 용액으로부터 반응 가스를 생성시키는 반응부와,A reaction unit for generating a reaction gas from the reaction solution supplied from the liquid storage unit, 상기 반응부로부터 공급되는 상기 반응 가스를 저장하는 기체 저장부와,A gas storage unit storing the reaction gas supplied from the reaction unit; 고체 고분자 전해질막에 접합하여 배치되는 전극을 가지고, 상기 기체 저장부로부터 공급되는 상기 반응 가스를 연료로 하여 발전하는 연료 전지와,A fuel cell having electrodes arranged to be bonded to a solid polymer electrolyte membrane and generating power using the reaction gas supplied from the gas storage unit as a fuel; 상기 액체 저장부로부터 상기 반응부에 상기 반응 용액을 송액(送液)하는 송액 장치를 가지고,And a liquid feeding device for feeding the reaction solution from the liquid reservoir to the reaction unit. 상기 송액 장치가, 상기 반응부로부터 상기 액체 저장부에 상기 반응 용액이 역류하는 것을 방지하고, 상기 반응 가스의 소비에 따라 상기 기체 저장부의 내압이 저하함으로써 상기 액체 저장부의 반응 용액을 상기 반응부로 이동하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.The liquid feeding device prevents the reaction solution from flowing back from the reaction unit to the liquid storage unit, and moves the reaction solution of the liquid storage unit to the reaction unit by lowering the internal pressure of the gas storage unit according to consumption of the reaction gas. A fuel cell system, characterized in that. 제19항에 있어서, 상기 송액 장치가,The method according to claim 19, wherein the liquid feeding apparatus, 상기 액체 저장부로부터 상기 반응부에 이동하는 상기 반응 용액을 격납하는 격납부와,A storage portion for storing the reaction solution moving from the liquid reservoir to the reaction portion; 상기 격납부를 이동하는 격납부 이동 기구로 이루어지고,It consists of a storage part moving mechanism which moves the said storage part, 상기 격납부는 개구부와 차단부를 구비하는 용기이고,The containment portion is a container having an opening and a blocking portion, 상기 기체 저장부의 내압 저하에 따라서 상기 개구부가 상기 반응부에, 상기 차단부가 상기 액체 저장부로 이동함으로써, 상기 격납부와 상기 액체 저장부의 유통을 차단하고, 또한, 상기 격납부와 상기 반응부를 유통하고,As the internal pressure of the gas reservoir decreases, the opening moves to the reaction portion, and the blocking portion moves to the liquid storage portion, thereby blocking the flow of the containment portion and the liquid storage portion, and circulating the containment portion and the reaction portion. , 상기 기체 저장부의 내압 증가에 따라서 상기 개구부가 상기 액체 저장부로, 상기 차단부가 상기 반응부로 이동함으로써, 상기 격납부와 상기 액체 저장부를 유통하고, 또한, 상기 격납부와 상기 반응부의 유통을 차단하는 구조인 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.The opening is moved to the liquid storage part and the blocking part is moved to the reaction part as the internal pressure of the gas storage part increases, thereby circulating the storage part and the liquid storage part, and also blocking the flow of the storage part and the reaction part. The fuel cell system characterized by the above-mentioned. 제20항에 있어서, 상기 격납부 이동 기구가 제3 가동벽과,21. The system of claim 20, wherein the containment moving mechanism comprises: a third movable wall; 가압 수단을 가지고,Has a pressurizing means, 상기 제3 가동벽이, 상기 기체 저장부에 면하여 배치되고,The third movable wall is disposed facing the gas storage part, 상기 가압 수단이, 상기 제3 가동벽의 상기 기체 저장부와 대향하는 면에 배치되고,The pressurizing means is arranged on a surface of the third movable wall that faces the gas reservoir; 상기 기체 저장부의 내압이 상기 가압 수단의 압력보다 낮을 때, 상기 제3 가동벽이 상기 기체 저장부 측으로 이동하고, 상기 격납부가 상기 반응부에 접하는 방향으로 이동하며, 상기 기체 저장부의 내압이 상기 가압 수단의 압력보다 높을 때, 상기 제3 가동벽이 상기 가압 수단 측으로 이동하고, 상기 격납부가 상기 액체 저장부에 접하는 방향으로 이동하는 구조인 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.When the internal pressure of the gas storage part is lower than the pressure of the pressurizing means, the third movable wall moves to the gas storage part side, the containment part moves in a direction contacting the reaction part, and the internal pressure of the gas storage part is pressurized. And higher than the pressure of the means, the third movable wall moves toward the pressurizing means, and the containment portion moves in the direction of contact with the liquid storage portion. 제21항에 있어서, 상기 가압 수단이, 모터 또는 자력 또는 스프링 또는 탄성체를 가지는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.The fuel cell system according to claim 21, wherein the pressurizing means has a motor or a magnetic force or a spring or an elastic body. 제21항에 있어서, 상기 가압 수단의 압력이, 대기압인 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.The fuel cell system according to claim 21, wherein the pressure of the pressurizing means is atmospheric pressure. 제21항에 있어서, 상기 가압 수단의 압력이, 상기 액체 저장부의 압력인 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.The fuel cell system according to claim 21, wherein the pressure of the pressurizing means is a pressure of the liquid reservoir. 반응 용액을 저장하는 액체 저장부와,A liquid reservoir for storing the reaction solution; 상기 액체 저장부로부터 공급되는 상기 반응 용액으로부터 반응 가스를 생성시키는 반응부와,A reaction unit for generating a reaction gas from the reaction solution supplied from the liquid storage unit, 상기 반응부로부터 공급되는 상기 반응 가스를 저장하는 기체 저장부와,A gas storage unit storing the reaction gas supplied from the reaction unit; 고체 고분자 전해질막에 접합하여 배치되는 전극을 가지고, 상기 기체 저장부로부터 공급되는 상기 반응 가스를 전기 화학 반응시켜, 연료로서 이용하여 발전하는 연료 전지와,A fuel cell having electrodes arranged to be bonded to a solid polymer electrolyte membrane, wherein the reaction gas supplied from the gas storage part is electrochemically reacted to generate electricity using fuel; 상기 반응부와 상기 반응 용액을 구획하기 위한 격벽을 구비하고,A partition wall for partitioning the reaction part and the reaction solution, 상기 격벽과 상기 반응부 중 적어도 한 쪽이 이동 가능하고, 상기 반응부와 상기 반응 용액의 접촉 면적을 변화시키는 방향으로 이동 가능한 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.At least one of the barrier rib and the reaction part is movable, and the fuel cell system is movable in a direction of changing the contact area between the reaction part and the reaction solution. 제25항에 있어서, 상기 반응부의 상기 반응 용액 측의 면에 상기 격벽이 배 치되고, 상기 격벽의 이동 수단이, 상기 반응부와 상기 반응 용액을 접촉시키는 방향으로 상기 격벽을 가압하는 가압 장치를 가지고, 상기 가압 장치의 압력과 상기 반응 가스의 압력의 차이에 의해 상기 격벽이 이동하고, 상기 반응 가스의 발생과 소비에 의해 발생하는 압력 변화에 의해 이동하는 방향이 변화하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.The pressurization apparatus of Claim 25 with which the said partition is arrange | positioned at the surface of the said reaction solution side of the said reaction part, and the moving means of the said partition is pressurizing the said partition in the direction which makes contact with the said reaction part and the said reaction solution. And the partition wall is moved by a difference between the pressure of the pressurizing device and the pressure of the reaction gas, and the direction of movement is changed by a pressure change generated by generation and consumption of the reaction gas. system. 제25항에 있어서, 상기 반응부의 상기 반응 용액 측의 면에 상기 격벽이 배치되고, 상기 반응부의 이동 수단이, 상기 반응부와 상기 반응 용액을 접촉시키는 방향으로 상기 반응부를 가압하는 가압 장치를 가지고, 상기 가압 장치의 압력과 상기 반응 가스의 압력의 차이에 의해 상기 반응부가 이동하고, 상기 반응 가스의 발생과 소비에 의해 발생하는 압력의 차이에 의해 이동하는 방향이 변화하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.The said partition is arrange | positioned at the surface of the said reaction solution side of the said reaction part, The moving means of the said reaction part has a pressurization apparatus which presses the said reaction part in the direction which makes contact with the said reaction part and the said reaction solution. And a direction in which the reaction part moves due to a difference between the pressure of the pressurizing device and the pressure of the reaction gas, and the direction of movement changes due to a difference in pressure generated by generation and consumption of the reaction gas. system. 제26항 또는 제27항에 있어서, 상기 반응부가 상기 반응 용액에 접촉하기 위한 관통 구멍을 상기 격벽의 일부에 설치하고 있는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.The fuel cell system according to claim 26 or 27, wherein the reaction portion is provided with a through hole for contacting the reaction solution in a part of the partition wall. 고체 고분자 전해질막에 접합하여 배치되는 전극을 가지고, 반응 가스를 전기 화학 반응하는 연료 전지에 있어서,In a fuel cell having an electrode bonded to a solid polymer electrolyte membrane and electrochemically reacting a reaction gas, 반응 가스를 저장하는 저장 탱크와,A storage tank for storing the reaction gas, 상기 반응 가스가 유입하여, 상기 전극에 송기(送氣)하는 기체부와,A gas part in which the reaction gas flows and is blown to the electrode; 상기 저장 탱크와 상기 기체부의 사이에 배치되어, 상기 기체부에 보내는 상기 반응 가스의 압력을 조절하는 감압부를 구비하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.And a decompression unit disposed between the storage tank and the gas unit to adjust a pressure of the reaction gas sent to the gas unit.
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